Изучаем генераторы постоянного и переменного тока
Работа электронного оборудования, бытовых электрических сетей и автомобилей прямо зависит от генераторов. Статья подробно раскроет тему, что такое генераторы постоянного и переменного тока. Будет описан каждый тип этих устройств, разновидности, принцип работы.
Простейший генератор переменного тока состоит из следующих частей:
Работает простой альтернатор по следующему принципу:
- Постоянные магниты создают магнитное поле.
- При вращении медной рамки, эти поля пересекаются самой рамкой.
- При пересечении полей, на рамке образуется электричество.
- При отсутствии пересечения, напряжение пропадает.
Рамка, осуществляя одно полное вращение, дважды пересекает магнитное поле. Таким образом направленность ЭДС меняется на противоположную. Смена направленности ЭДС приводит к возникновению синусоидального или переменного тока.
Первый генератор постоянного тока, или что такое динамо-машина?
- Возможность получения электрического тока при использовании различных приводов. Таким образом есть возможность преобразования практически любого вида энергии в электрический ток.
- Выработка тока даже при малых оборотах вала.
- Отсутствие ограничителей, регуляторов и реле.
- Токосъемное устройство значительно надежнее.
- Высокий срок службы.
- Низкие затраты на производство.
- Подача переменного напряжения как в сложно разветвленные сети, так и к отдельным бытовым потребителям.
Генераторы переменного тока
Генераторы переменного тока устроены и работают по принципу простейшего экспериментального альтернатора. Эти устройства состоят из следующих элементов:
- Ротор. Представляет собой металлический сердечник, надетый на основной вал генератора. Ротор может быть оснащен обмоточным проводом или не иметь его. Все зависит от типа устройства. Ротор подвижная часть устройства. Приводится в движение за счет приводного механизма (двигателя, турбины, лопастей).
- Статор. Неподвижная часть, которая так же оснащена медной обмоткой. Обмотка помещена в специально прорезанные пазы, имеет изоляцию между металлическим корпусом и самим проводом.
- Контактные кольца с щетками или коллектором. Эти элементы используются для подачи постоянного напряжения к обмоткам для их первоначального возбуждения. Также коллектор используется в качестве выпрямителя. Он предотвращает смену направленности.
- Ток возбуждения поступает на обмотку статора, который является постоянным магнитом. Далее происходит образование магнитного поля.
- Вращающийся ротор с обмоткой также становится постоянным магнитом. Из-за этого создается ЭДС между статором и ротором.
- Во время вращения происходит пересечение магнитного поля, за счет чего образуется переменный ток.
- Ток поступает через коммутационный щеточный узел в подключенную цепь.
Генераторы переменного тока имеют множество разновидностей. Они отличаются по:
Также генераторы могут отличаться по способу эксплуатации. Они бывают стационарными или переносными.
Применение.
Двигатели постоянного тока имеют хорошие рабочие характеристики, а именно: широкий диапазон регулирования частоты вращения, возможность задания фиксированных частот вращения, быстрые разгон и торможение, постоянный вращающий момент и пригодность для автоматического регулирования, благодаря чему они находят все более широкое применение.
Как уже упоминалось, в витке провода, вращающемся в постоянном магнитном поле, наводится переменная ЭДС. При этом не имеет значения, вращается ли виток в неподвижном магнитном поле или виток неподвижен, а вращается поле, – необходимо лишь их относительное вращение. В синхронных машинах частота вращения пропорциональна частоте переменного тока.
ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ | Энциклопедия Кругосвет
Конструкция.
В момент пуска ток обмотки якоря может в 3–8 раз превышать нормальное рабочее значение. Чрезмерное понижение напряжения источника питания предотвращают, понижая в этот период подводимое напряжение при помощи последовательно включаемого токоограничивающего реактора.
Принцип действия многофазных асинхронных двигателей состоит в том, что при определенном сдвиге по фазе между многофазными токами в многофазных обмотках они создают вращающееся магнитное поле. Такие многофазные обмотки обычно располагают в пазах на внутренней поверхности статора, набранного из тонких кольцевых пластин, стянутых по оси.
В случае трехфазного переменного тока синхронная частота вращения N вращающегося поля равна
где f – частота переменного тока, а Р – число полюсов.
Генератор постоянного тока. Устройство машины постоянного тока. Принцип действия.
Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части ( индуктора) и вращающейся части ( якоря с барабанной обмоткой).
На рис. 1 изображена конструктивная схема машины постоянного тока
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.
Магнитный поток может создаваться постоянными магнитами, укрепленными на станине.
Якорь состоит из следующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника, коллектора 5.
Рис. 1
Сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые точки набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали.
Рассмотрим работу машины постоянного тока в режиме генератора на модели рис.2,
где 1 — полюсы индуктора, 2 — якорь, 3 — проводники, 4 — контактные щетки.
Проводники якорной обмотки расположены на поверхности якоря. Внешние поверхности проводников очищены от изоляции, а на эти поверхности проводников наложены неподвижные контактные щетки.
Контактные щетки размещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине между полюсами.
Приведем якорь машины во вращение в направлении, указанном стрелкой.
Определим направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки.
На рис.2 крестиком обозначены ЭДС, направленные от нас, точками — ЭДС, направленные к нам. Соединим проводники между собой так, чтобы ЭДС в них складывались. Для этого соединяют последовательно конец проводника, расположенного в зоне одного полюса с концом проводника, расположенного в зоне полюса противоположной полярности (рис. 3)
Два проводника, соединенные последовательно, образуют один виток или одну катушку. ЭДС проводников, расположенных в зоне одного полюса, различны по величине. Наибольшая ЭДС индуктируется в проводнике, расположенном под срединой полюса, ЭДС, равная нулю, — в проводнике, расположенном на линии геометрической нейтрали.
На рис. 4 представлена схема замещения якорной обмотки.
В параллельных ветвях действуют одинаковые ЭДС, направленные встречно друг другу. При подключении к якорной обмотке сопротивления в параллельных ветвях возникают одинаковые токи , через сопротивление RH протекает ток IЯ.
ЭДС якорной обмотки пропорциональна частоте вращения якоря n2 и магнитному потоку индуктора Ф
29. Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением. Характеристики холостого хода, внешнего и регулировочного.
Обмотка возбуждения полюсов включена параллельно обмотке якоря. Во время работы генератора ток, проходящий по обмотке якоря IЯ от положительной щетки растекается по двум параллельным ветвям: внешней сети и обмотке возбуждения. Ток сети I и ток возбуждения IB притекая к отрицательной щетке, в сумме своей равны току якоря. Поэтому можно написать: IЯ = I + IB
