Режим генератора

Рассмотрим простейший генератор, представляющий собой рамку в виде двух проводников длиной l, соединенных в виток (рис.4. 3).

Поместим рамку в магнитное поле с индукцией В. Якорь машины приводится во вращение по часовой стрелке и линейная скорость проводников равна v. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС вращения, величина которой определяется по закону Фарадея е пр = B l v (4.1)

Направление ЭДС проводника показано на рис. 4.3 и может быть определено по мнемоническому правилу правой руки: силовые линии входят в ладонь, большой палец показывает направление движения проводника, четыре пальца - направление ЭДС (рис.4.4).

Как видно из рис. 4.3, ЭДС двух проводников по контуру витка складываются и полная ЭДС данного витка: е в = 2е пр.

ЭДС обмотки якоря является переменной во времени, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в проводниках меняется. По форме кривая ЭДС проводника повторяет кривую распределения индукции вдоль воздушного зазора (рис. 4.5, а). Частота ЭДС

f = p n /60 (4.2)

где р -число пар полюсов; n - частота вращения (об/мин).

Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута на внешнюю цепь, то возникает ток. В обмотке якоря этот ток будет переменным и кривая его по форме аналогична кривой ЭДС. Однако во внешней цепи направление ЭДС и тока (рис.4.5, б) будет постоянным, что объясняется действием коллектора. Действительно, при повороте якоря и коллектора на 180° и изменении направления ЭДС и тока в проводниках одновременно происходит смена коллекторных пластин под щетками. Вследствие этого под верхней щеткой всегда будет находиться пластина, соединенная с проводником,.расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой - пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными. Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразует переменный ток обмотки якоря в постоянный ток внешней цепи.

Для получения тока и напряжения, практически свободных от пульсаций, применяют обмотку якоря с большим числом проводников и коллекторных пластин.

Величина ЭДС обмотки якоря определяется общим числом проводников N обмотки, их соединением в параллельные ветви 2а, числом полюсов 2р машины, магнитным потоком полюса в воздушном зазоре Ф, частотой вращения n [ 1 ]

где конструктивная постоянная машины (4.4) ЭДС обмотки якоря можно также выразить формулой (4.5) где угловая частота вращения (4.6) конструктивная постоянная (4.7)

Выходное напряжение (напряжение нагрузки) будет меньше, чем величина ЭДС

(4.8)

где падение напряжения в якорной цепи

(4.9)

R я - сопротивление цепи якоря; 2ΔU щ - падение напряжения в щеточном контакте. Обычно применяются угольно-графитные щетки, для которых принимается 2ΔU щ = 2В.

Объединяя два последних члена, можно записать:

(4.10)

где R - суммарное сопротивление якорной цепи с учетом сопротивления щеточного контакта.

При протекании тока по проводникам якоря, находящимся в магнитном поле, на них будут действовать электромагнитная сила Ампера (рис. 4.3)

(4.11)

Направление силы определяется по правилу левой руки (рис.4.6): силовые линии входят в ладонь, четыре пальца показывают направление тока, большой палец покажет направление силы. Эти электромагнитные силы, действующие на проводники с током, помещенные в магнитное поле, создают электромагнитный момент. В режиме генератора электромагнитный момент Рис.4.6. является тормозным, так как он действует против направления

вращения якоря.

Величина момента определяется формулой

М = с м Ф I я. (4.12)

Полезная мощность генератора

P 2 = U I. 4.1.3.

Дата добавления: 2015-07-16