DC-generatoren

Het werkingsprincipe van de DC-generator

De generator is gebaseerd op het gebruik van de wet van elektromagnetische inductie, volgens welke in een geleider die beweegt in een magnetisch veld en de magnetische flux kruist, wordt veroorzaakt door ef.

Een van de belangrijkste onderdelen van een DC-machine is het magnetische circuit waardoor de magnetische flux wordt gesloten. Het magnetische circuit van een gelijkstroommachine (fig. 1) bestaat uit een stationair deel - stator 1 en een roterend deel - rotor 4. De stator is een stalen behuizing waaraan andere delen van de machine zijn bevestigd, inclusief magnetische polen 2. Aan de magnetische polen 3, een opwindende spoel wordt geplaatst, aangedreven door gelijkstroom en creëert de belangrijkste magnetische flux Ф0.

Rijst. 1. Magnetisch circuit van een vierpolige gelijkstroommachine

Rijst. 2. Vellen waaruit het magnetische circuit van de rotor is samengesteld: a — met open kanalen, b — met halfgesloten kanalen

De rotor van de machine is samengesteld uit gestempelde staalplaten met omtreksgroeven en gaten voor de as en ventilatie (Fig. 2). In de kanalen (5 in Fig. 1) van de rotor wordt de werkwikkeling van de gelijkstroommachine gelegd, dat wil zeggen de wikkeling waarin em wordt geïnduceerd door de magnetische hoofdflux. enz. metDeze wikkeling wordt een ankerwikkeling genoemd (vandaar dat de rotor van een gelijkstroommachine meestal een anker wordt genoemd).

De betekenis van e.enz. c.De DC-generator kan worden geschakeld, maar de polariteit blijft constant. Het werkingsprincipe van de DC-generator wordt getoond in Fig. 3.

De polen van een permanente magneet creëren een magnetische flux. Stel je voor dat de ankerwikkeling uit één winding bestaat, waarvan de uiteinden zijn bevestigd aan verschillende halve ringen, geïsoleerd van elkaar. Deze halve ringen een verzamelaar vormen, die roteert met de draai van de ankerwikkeling. Tegelijkertijd glijden de stationaire borstels langs de collector.

Wanneer de spoel in een magnetisch veld draait, wordt er een emf in geïnduceerd

waar B de magnetische inductie is, l is de lengte van de draad, v is de lineaire snelheid.

Wanneer het vlak van de spoel samenvalt met het vlak van de middellijn van de polen (de spoel is verticaal geplaatst), kruisen de draden de maximale magnetische flux en wordt de maximale waarde van e erin geïnduceerd. enz. C. Wanneer de contour horizontaal is, b.v. enz. v. in de draden is nul.

De richting van e., enz. p in de geleider wordt bepaald door de rechterhandregel (in Fig. 3 aangegeven met pijlen). Wanneer tijdens het draaien van de spoel de draad onder de andere pool door gaat, is de richting van e. enz. v. hij is bekeerd. Maar aangezien de collector meedraait met de spoel en de borstels stilstaan, is er altijd een draad onder de noordpool verbonden met de bovenste borstel, b.v. enz. v. die van de borstel af is gericht. Hierdoor blijft de polariteit van de borstels ongewijzigd en blijft dus ongewijzigd in de e-richting. enz. op borstels - bijv. SCH (fig. 4).

Rijst. 3. De eenvoudigste gelijkstroomgenerator

Rijst. 4. Verandering in de tijd van elektromotorische kracht.de eenvoudigste gelijkstroomgenerator

Hoewel e.enz. c.De eenvoudigste gelijkstroomgenerator is constant in richting, de waarde verandert, roteert tweemaal de maximale en tweemaal de nulwaarden in één omwenteling. Een DC met zo'n grote rimpel is voor de meeste DC-ontvangers ongeschikt en in de strikte zin van het woord niet constant te noemen.

Om de rimpel te verminderen, is de ankerwikkeling van de DC-generator gemaakt van een groot aantal windingen (spoelen) en is de collector gemaakt van een groot aantal van elkaar geïsoleerde collectorplaten.

Laten we eens kijken naar het proces van het afvlakken van golven, aan de hand van het voorbeeld van een ronde ankerwikkeling (fig. 5), bestaande uit vier wikkelingen (1, 2, 3, 4), twee windingen in elk. Het anker draait rechtsom met een frequentie n en e wordt geïnduceerd in de ankerwikkeldraden aan de buitenzijde van het anker. enz. (de richting wordt aangegeven met pijlen).

De ankerwikkeling is een gesloten circuit dat bestaat uit in serie geschakelde windingen. Maar in termen van borstels is de ankerwikkeling twee parallelle takken. In afb. 5, en één parallelle tak bestaat uit spoel 2, de tweede bestaat uit spoel 4 (in spoelen 1 en 3 wordt EMF niet geïnduceerd en zijn ze aan beide uiteinden verbonden met één borstel). In afb. 5b is het anker weergegeven in de positie die het inneemt na 1/8 slag. In deze positie bestaat een parallelle ankerwikkeling uit in serie geschakelde spoelen 1 en 2, en de tweede uit in serie geschakelde spoelen 3 en 4.

Rijst. 5. Schema van de eenvoudigste DC-generator met een ringanker

Elke spoel heeft, wanneer het anker roteert ten opzichte van de borstels, een constante polariteit. Adreswijziging enz. c.windingen in de tijd met de rotatie van het anker wordt getoond in Fig. 6, een. D.d.C. op penselen is gelijk aan e. enz. v. elke parallelle tak van de ankerwikkeling. Afb. 5 laat zien dat e.enz. c parallelle tak is gelijk aan of e. enz. c.een spoel of de hoeveelheid e. enz. C. twee aangrenzende wikkelingen:

Als gevolg van deze pulsatie van e. enz. c) de ankerwikkelingen zijn aanzienlijk verminderd (Fig. 6, b). Door het aantal windingen en collectorplaten te vergroten, kan een vrijwel constante straling worden verkregen. enz. v. ankerwikkelingen.

DC-generatorontwerp

In het proces van technische vooruitgang in de elektrotechniek verandert het ontwerp van DC-machines, hoewel de basisdetails hetzelfde blijven.

Overweeg een apparaat van een van de soorten DC-machines die door de industrie worden geproduceerd. Zoals gezegd zijn de belangrijkste onderdelen van de machine de stator en het anker. Stator 6 (fig. 7), gemaakt in de vorm van een stalen cilinder, dient zowel om andere onderdelen te bevestigen als om te beschermen tegen mechanische schade en is een stationair onderdeel van het magnetische circuit.

Magnetische polen 4 zijn bevestigd aan de stator, wat kan zijn permanente magneten (voor machines met laag vermogen) of elektromagneten. In het laatste geval wordt een bekrachtigingsspoel 5 op de polen geplaatst, voorzien van gelijkstroom en een stationaire magnetische flux ten opzichte van de stator creërend.

Bij een groot aantal polen zijn hun wikkelingen parallel of in serie geschakeld, maar zo dat de noord- en zuidpool elkaar afwisselen (zie figuur 1). Tussen de hoofdpolen bevinden zich extra palen met hun eigen windingen. Aan de stator zijn eindschilden 7 bevestigd (fig. 7).

Het anker 3 van de DC-machine is samengesteld uit plaatstaal (zie Fig. 2) om vermogensverliezen door wervelstromen te verminderen. De platen zijn van elkaar geïsoleerd.Het anker is een beweegbaar (roterend) onderdeel van het magnetische circuit van de machine. De ankerspoel of werkspoel 9 wordt in de ankerkanalen geplaatst.

Rijst. 6. Tijdvariatie van de EMF van de wikkelingen en de wikkeling van het ringanker

Machines worden momenteel vervaardigd met een anker- en trommeltype wikkeling. De eerder overwogen ringankerwikkeling heeft het nadeel dat b.v. enz. c) wordt alleen geïnduceerd in geleiders die zich op het buitenoppervlak van het anker bevinden. Daarom is slechts de helft van de draden actief. Bij het ankerwikkelen van de trommel zijn alle draden actief, dat wil zeggen om dezelfde e te creëren. net als bij een ringankermachine is bijna de helft van het geleidende materiaal vereist.

De geleiders van de ankerwikkeling, gelegen in de groeven, zijn onderling verbonden door de voorste delen van de windingen. Elke sleuf bevat meestal meerdere draden. De geleiders van het ene slot zijn verbonden met de geleiders van het andere slot om een ​​serieschakeling te vormen die een spoel of sectie wordt genoemd.De secties zijn in serie verbonden en vormen een gesloten circuit. De bindingsvolgorde moet zodanig zijn dat b.v. enz. v. in draden die in één parallelle tak waren opgenomen, hadden dezelfde richting.

In afb. 8 toont de eenvoudigste trommelankerwikkeling van een tweepolige machine. De ononderbroken lijnen tonen de aansluiting van de secties aan elkaar aan de collectorzijde en de stippellijnen tonen de eindaansluitingen van de draden aan de tegenoverliggende zijde. Vanaf de aansluitpunten van de profielen tot aan de collectorplaten worden stroken gemaakt. De richting van e., enz. p. in de draden van de spoel wordt getoond in de figuur: «+» — richting van de lezer, «•» — richting naar de lezer.

De wikkeling van zo'n anker heeft ook twee parallelle takken: de eerste wordt gevormd door de draden van de sleuven 1, 6, 3, 8, de tweede - door de draden van de sleuven 4, 7, 2, 5. Wanneer het anker draait , de combinatie van de sleuven waarvan de draden een parallelle tak vormen, verandert voortdurend, maar altijd wordt de parallelle tak gevormd door de draden van de vier kanalen, die een constante positie in de ruimte innemen.

Rijst. 7. De opstelling van de gelijkstroommachine van het trommeltype

Rijst. 8. De eenvoudigste wikkeling

De machines die door de fabrieken worden geproduceerd, hebben tientallen of honderden groeven langs de omtrek van het anker van de trommel en het aantal collectorplaten is gelijk aan het aantal secties van de ankerwikkeling.

Collector 1 (zie Fig. 7) bestaat uit koperen platen, geïsoleerd van elkaar, die zijn verbonden met de verbindingspunten van de secties van de ankerwikkeling en dienen om de variabele e om te zetten. enz. v. in de draden van de ankerwikkeling in constante e. enz. c) op de borstels 2 van de generator of omzetting van gelijkstroom die vanuit het netwerk aan de borstels van de motor wordt geleverd naar wisselstroom in de draden van de ankerwikkeling van de motor. De collector draait mee met het anker.

Als het anker draait, glijden vaste borstels 2 langs de collector.De borstels zijn van grafiet en koper-grafiet. Ze zijn gemonteerd in borstelhouders die onder een bepaalde hoek kunnen worden gedraaid. Op het anker is een waaier 8 voor ventilatie aangesloten.

Classificatie en parameters van DC-generatoren

De classificatie van DC-generatoren is gebaseerd op het type stroombron van de bekrachtigingsspoel. Onderscheiden:

1.zelfopgewekte generatoren, waarvan de bekrachtigingsspoel wordt gevoed door een externe bron (batterij of andere gelijkstroombron). In generatoren met een laag vermogen (tientallen watts) kan de belangrijkste magnetische flux worden gecreëerd door permanente magneten,

2. Zelfbekrachtigde generatoren, waarvan de bekrachtigingsspoel door de generator zelf wordt gevoed. Volgens het verbindingsschema van de anker- en bekrachtigingswikkelingen met betrekking tot het externe circuit, zijn er: parallelle bekrachtigingsgeneratoren, waarbij de bekrachtigingswikkeling parallel is verbonden met de ankerwikkeling (shuntgeneratoren), serie-bekrachtigingsgeneratoren, waarin deze wikkelingen zijn in serie geschakeld (seriegeneratoren), generatoren met gemengde excitatie, waarbij één opwindende wikkeling parallel is geschakeld met de ankerwikkeling, en de tweede in serie (gecombineerde generatoren).

De nominale modus van de DC-generator wordt bepaald door het nominale vermogen - het vermogen dat de generator aan de ontvanger geeft, de nominale spanning aan de klemmen van de ankerwikkeling, de nominale stroom van het anker, de excitatiestroom, de nominale frequentie van rotatie van het anker. Deze waarden staan ​​meestal aangegeven in het paspoort van de generator.