Генераторы постоянного тока

Устройство электрической машины постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части (индуктора) и вращающейся части (якоря). Индуктор состоит из станины 1 цилиндрической формы, изготовленной из ферромагнитного материала, и полюсов с обмоткой возбуждения 2, закрепленных на станине. Обмотка возбуждения создает основной магнитный поток. Якорь состоит из следующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника, коллектора 5. Сердечник якоря набирается из листовой электротехнической стали для уменьшения вихревых токов.

Принцип действия машины постоянного тока

1 - полюсы индуктора, 2 - якорь, 3 – проводники якоря, 4 - щётки

Проводники якорной обмотки расположены на поверхности якоря. Контактные щетки размещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине между полюсами.

Якорь машины приводится во вращение в направлении, указанном стрелкой. Активные стороны якорной обмотки пересекают магнитный потток и в них наводится ЭДС. Направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки.
ЭДС якорной обмотки пропорциональна частоте вращения якоря n₂ и магнитному потоку индуктора Ф

где С_е – электромагнитная постоянная машины.

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения:

- генераторы с независимым возбуждением;

- генераторы с самовозбуждением (параллельного и смешанного возбуждения)

Генератор независимого возбуждения

Магнитное поле генератора с независимым возбуждением создается током возбуждения, подаваемым от постороннего источника энергии или постоянными магнитами.

На обмотку возбуждения подаётся постоянное напряжение от постороннего источника. По обмотке возбуждения протекает постоянный ток, который создаёт основной магнитный поток генератора. Якорь генератора вращается приводным двигателем. Обмотка якоря пересекает магнитный поток и в ней наводится ЭДС.

Эксплуатационные качества генератора определяют его характеристики: характеристика холостого хода, внешняя и регулировочная.
Характеристика холостого хода - зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения E = U_хх = f (I_в). Характеристика показывает в каких пределах изменяеися напряжения генератора.

Внешняя характеристика - зависимость напряжения на зажимах генераторов от величины тока нагрузки U = f (I) при токе возбуждения I_в = const. Характеристика показывает как изменяется напряжение при изменении нагрузки.

С ростом тока нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается из-за увеличения падения напряжения в якорной обмотке и размагничивающего действия реакции якоря.

Недостатком генератора с независимым возбуждением является необходимость иметь отдельный источник питания.

Генераторы с самовозбуждением.

Практически используемые генераторы с самовозбуждением имеют одну из двух схем: с параллельным и смешанным возбуждением. На рисунке изображен генератор постоянного тока с параллельным возбуждением.

Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке. В цепь возбуждения включен реостат, который даёт возможность регулировать ток возбуждения R_в. В генераторе со смешанным возбуждением две обмотки: одна последовательная (сериесная), другая параллельна (шунтовая).

Условия самовозбуждения:
- наличие остаточного магнитного потока между полюсами. При вращении якоря остаточный магнитный поток индуцирует в якорной обмотке небольшую остаточную ЭДС;
- магнитный поток обмотки возбуждения должен совпадать по направлению с остаточным;

- сопротивление цепи возбуждения при данной частоте вращения должно быть меньше критического;

- скорость вращения якоря должна быть больше критической.

Принцип работы генератора.

Якорь генератора вращается посторонним приводным двигателем в поле остаточного магнетизма (Ф_ост), которым обладают железные полюса машины. Обмотка якоря пересекает остаточный магнитный поток и в ней наводится небольшая по величине остаточная ЭДС. Так как к обмотке якоря параллельно подключена обмотка возбуждения то по ней начинает протекать ток возбуждения, который создаёт магнитный поток возбуждения (Ф_в). Два магнитных потока складываются общий магнитный поток растёт растёт величина ЭДС.
Напряжение на зажимах генератора при увеличении нагрузки падает по трём причинам: возрастает падение напряжения на обмотке якоря, уменьшается магнитный поток из-за размагничивающего действия реакции якоря и уменьшение тока возбуждения при снижении напряжения. Данный тип генераторов используется в качестве возбудителей для синхронных генераторов.

Основными генераторами электростанций постоянного тока обычно являются генераторы смешанного возбуждения, которые наряду с параллельной обмоткой возбуждения имеют ещё и последовательную обмотку. Эти генераторы имеют наиболее жесткую внешнюю характеристику (Напряжение такого генератора практически не изменяется с изменением нагрузки) так как последовательная обмотка обеспечивает некоторую стабилизацию напряжения. При увеличении нагрузки, увеличивается ток последовательной обмотки, магнитный поток которой, компенсирует размагничивающее действие реакции якоря и уменьшение магнитного потока за счёт уменьшения тока возбуждения.

Дата добавления: 2015-07-10