Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока

Эта машина предназначена для использования движения проводника в магнитном поле для генерации постоянного тока. В данной статье рассмотрены физические принципы работы, конструктивные чертежи, расчеты и область применения устройства.

динамо

Промышленный генератор постоянного тока

Генерация электроэнергии

На рисунке ниже показан простой эксперимент, который помогает понять, как работает генератор.

план

Электрический ток возникает при движении проводника

Если перемещать проводник в пространстве так, чтобы он пересекал силовые линии магнитного поля, в нем генерируется электродвижущая сила (ЭДС). Это явление называется индукцией. При коротком замыкании свободного конца в цепи потечет ток, который можно использовать для питания лампы накаливания или другой полезной нагрузки.

Правая рука показана с большим пальцем, согнутым в направлении движения проводника. Этот простой метод используется для визуального определения направления тока в цепи.

Для получения желаемых результатов позвольте проводнику и магниту перемещаться одновременно.

При использовании описанного выше сценария рабочая машина не будет создана. Но приведенные ниже варианты очень хорошо работают на практике.

план

Схема устройства и выходная электродвижущая сила

На схеме изображена рамка, вращающаяся в магнитном поле (направление силовых линий магнитного поля указано стрелкой «Б»). Энергетические ремуверы – это специальные щетки. Каркас соединен с полукольцами (коллекторами), которые электрически изолированы с помощью специальных изолирующих вставок. На выходе устройства электрическая сила будет изменяться по приведенной диаграмме. Его значение рассчитывается и определяется по следующей формуле:

B – поток генерируемого магнитного поля, единица измерения – Вб;

n — количество полных поворотов кадра за одну секунду.

Из формулы ясно, что получить больше мощности можно двумя способами. Для этого нужно увеличить скорость вращения или увеличить силу магнитного поля.

Уменьшение пульсации

На графике выше показаны уровни СОЭ. Если электродвижущую силу генератора можно стабилизировать на соответствующем значении, можно получить желаемые результаты. Как решается такая задача на практике, видно из рисунка ниже.

план

Сглаживание электромагнитных вибраций с помощью нескольких рамок

Электрические выходные параметры этой машины далеки от идеала. Но ясно, что дальнейшее увеличение частоты кадров позволит достичь более высоких уровней. В этом случае взаимодействие переходных процессов и электромагнитных полей окажет положительное влияние, поскольку приведенная диаграмма иллюстрирует лишь приблизительные данные. Но даже в этом варианте ЭДС на выходе генератора меняет не всю амплитуду, а только величину от Emin до Emax.

Увеличение количества рамок (количества витков обмотки генератора) и токосъемников поможет сгладить колебания выходного сигнала.

Экспериментально можно подтвердить, что использование коллекторной структуры 20-22 снизит пульсацию ЭДС до 1-0,9%. Такое изменение мощности генератора вполне приемлемо для решения многих практических задач.

Особенности работы генератора

Как уже говорилось выше, с увеличением количества витков обмотки улучшается качество электрических параметров. Но такое решение дало бы нам еще один положительный эффект. С его помощью наведенная электродвижущая сила на выходе увеличивается с каждым оборотом ротора. Эта технология используется для обеспечения эффективного выполнения своей функции генератором постоянного тока.

Чтобы еще больше улучшить работу машины, конструкторы исследовали функциональность постоянных магнитов. Они способны выполнять полезные функции в автономном режиме без подключения к внешнему источнику энергии. Однако создать более мощное поле с помощью такого решения невозможно. Только электромагниты могут обеспечить желаемые результаты.

В этом случае будет проще произвести точные расчеты.

«Идеальная» ситуация рассмотрена выше. Однако при реализации конкретных проектов возникали различные трудности. Например, необходимо было найти материал, который бы обеспечивал хорошую электропроводность, но в то же время не вызывал ускоренного износа поверхностей коллектора. Решение известно – это графитовые стержни, спрессованные с помощью пружин. Такие изделия сами со временем изнашиваются. Поэтому для своевременной замены необходим определенный запас щеток.

Чтобы описать еще одну задачу, необходимо объяснить некоторые процессы при вращении ротора в магнитном поле. Необходимо дать определения следующим основным понятиям:

  • Геометрическая нейтральная линия — это линия, проведенная на равном расстоянии от Северного и Южного полюсов;
  • Физическая линия – это линия, традиционно разделяющая область влияния поля, создаваемого двигателем.

В статическом положении эти линии совпадают. Но когда начинается вращение, геометрические остаются на месте, а физические отклоняются на определенный угол. Определенное влияние на этот процесс оказывает наведенный якорем ток. Суммарное воздействие всех полей еще больше увеличивает нейтральный угол смещения (вдоль направления вращения ротора).

Чтобы максимизировать эффективность выработки электроэнергии, графитовые стержни должны соприкасаться там, где традиционные физические линии выходят из коллектора.

Для этого точка давления щетки перемещается относительно геометрической центральной оси. При возникновении отклонения происходит потеря мощности и образуются искры, которые попадают на пластину коллектора. В этом случае образующаяся накипь может ухудшить проводимость, что еще больше снизит эффективность установки.

Читайте также статью: Как открыть замок в двери

Очевидно, что в реальных ситуациях при изменении нагрузки на выходе генератора положение щетки необходимо постоянно корректировать. В этом случае никакие расчеты не помогут, так как механическое движение щеток слишком сложное. Чтобы устранить это вредное воздействие, были установлены дополнительные столбы. С их помощью они создают магнитное поле. Он компенсирует искажения, вносимые якорем. Эти же части конструкции выполняют еще одну важную функцию. Если они настроены правильно, они могут устранить скачки напряжения при изменении направления тока каждый раз, когда якорь проходит нейтральную точку.

Схемы электрических машин

Генератор постоянного тока создает обмотку возбуждения по следующей схеме:

  • независимый;
  • Непрерывный;
  • параллельные линии;
  • Смешанный.

Каждый способ эксплуатации генератора имеет свои преимущества, особенности и недостатки. Принцип независимого возбуждения понятен из названия. В этом случае напряжение питания обеспечивается внешним источником. Это может быть аккумулятор или отдельный генератор, выполняющий вспомогательные функции.

Ток в такой обмотке достигает сравнительно небольших значений. Обычно он не превышает в 5-6 раз вырабатываемый ток.

Для изменения магнитного поля, создаваемого обмоткой, в цепь питания включен регулируемый резистор.

В некоторых типовых схемах используются изменения напряжения Uv.

план

Независимое возбуждение обмоток генератора постоянного тока

чтобы понять, как работает машина и определить лучший алгоритм настройки, нужно измерить электрические параметры в режиме холостого хода. Его особенностью является отсутствие нагрузки в выходной цепи. Поэтому соответствующее воздействие незначительно. В этом состоянии напряжение, вырабатываемое генератором, будет равно электродвижущей силе. Пример графика показан в части а) рисунка ниже.

диаграмма

Схема электрических параметров генератора постоянного тока независимой обмотки возбуждения

в этом эксперименте якорь вращается с постоянной скоростью (n1), поэтому только ток в обмотке возбуждения определяет величину магнитного поля и, следовательно, ЭДС на выходе. Восходящая часть рисунка (1) показывает выходное напряжение по мере увеличения тока обмотки. Уменьшение (2) – обратное действие при уменьшении тока. На рисунке ниже показаны значения, полученные при уменьшении скорости вращения.

Часть Б) содержит график, иллюстрирующий изменение напряжения при различных нагрузках. Здесь скорость ротора и ток в обмотке возбуждения постоянны. Причиной уменьшения U0 является уменьшение электродвижущей силы, вызванное паразитным воздействием магнитного потока, создаваемого якорем, и падением напряжения в его цепи.

третья диаграмма (в) поясняет принцип регулирования генератора. Видно, что коррекция тока в обмотке возбуждения позволяет поддерживать напряжение на том же уровне при изменении цепи нагрузки.

Видео: Принцип работы генератора

На основании полученных результатов измерений и комплексного анализа можно сделать следующие выводы:

  • Внешнее возбуждение пригодно для регулирования напряжения генератора в широком диапазоне простым способом. Чтобы изменить напряжение в обмотке, достаточно провести простой расчет.
  • Для данной конструкции характерны относительно небольшие изменения производительности при изменении параметров нагрузки.
  • Требуется внешний источник питания. Это усложняет аппаратуру и в некоторой степени снижает общую надежность.

На рисунке ниже показана принципиальная схема генератора с последовательными, параллельными и смешанными цепями обмотки возбуждения.

план

принципиальная схема генератора с обмоткой возбуждения: а) последовательного типа, б) параллельного типа, в) гибридного типа

Характеристики схемы

Тип планаФункцииприложение
заказ Напряжение в режиме холостого хода очень низкое и сильно зависит от параметров нагрузки. Это решение не подходит для выработки электроэнергии. Его используют при производстве автомобилей, в которых для торможения используется реостатная технология.
параллельные линии Нагрузку нельзя подключить до тех пор, пока не будет достигнуто номинальное выходное напряжение. Эта схема подойдет для создания генератора, вырабатывающего электричество для зарядки аккумулятора.
смешивание Изменения параметров нагрузки мало влияют на выходное напряжение. Для получения хороших результатов необходимы точные расчеты компонентов схемы. Подобные решения используются в сварочных аппаратах, оборудование которых работает в режиме короткого замыкания.

Устройство генератора и расчёт

На смену этому типу оборудования приходят аналогичные агрегаты переменного тока, менее критичные к нагрузке и имеющие хорошие эксплуатационные характеристики. Расчеты промышленных генераторов выполняются специализированными конструкторскими бюро.

На рисунке ниже показана конструкция типового генератора.

дизайн

Поперечное сечение генератора постоянного тока

Используйте следующие символы:

  • 1, 2 – сердечник и катушка основного магнитного полюса;
  • 3 – наконечник;
  • 4, 5 — сердечник и катушка дополнительных полюсов;
  • 6 – кровать;
  • 7 – хомут;
  • 8 — Подшипник;
  • 9, 11 – сердечник и обмотка якоря;
  • 10 — вентилятор;
  • 12 – Коллектор;
  • 13 – Почистите пальцы.

Видео. Модель генератора постоянного тока

Самостоятельно рассчитывать и создавать генератор постоянного тока своими руками нецелесообразно. При необходимости не составит труда найти и купить устройство с необходимыми параметрами. Его конструкция слишком сложна, чтобы ее можно было воспроизвести в высоком качестве в домашних условиях.

Оцените эту статью: Похожие статьи

Примеры интерьера Правильно выбранный угловой унитаз может стать гармоничной деталью ванной комнаты, важно подобрать этот сантехнический прибор по стилю и цвету обстановки.

Многие полезные изобретения остаются невостребованными. Происходит это из-за человеческой лени или страха перед неизвестностью. Одним из таких давних открытий является вихревой генератор тепла.

Закон Ленца и генерация магнитных полей индуктивными токами – это вызвало ажиотаж в девятнадцатом веке. Раньше электрические и магнитные явления считались совершенно разными явлениями.

Испытательная лаборатория аккредитована Федеральной службой по аккредитации. Лаборатория проводит исследования, заводские и сертификационные испытания полуфабрикатной продукции по внешним основным видам.

Прежде всего: Какие виды вытяжных систем бывают и способы их крепления различаются: Встроенный тип. Их устанавливают в навесные шкафы. Настенный. Крепится над газовой плитой или на стене .

Стеки динамического роста в массивах Стеки динамического роста используются в ситуациях, когда количество элементов может быть большим и неизвестным на момент решения задачи. Максимальный размер стека.

Импульсный модулятор с естественным охлаждением, технические характеристики, параметры, описание Тетрод импульсный стеклянный модулятор ГМИ-5. Предназначен для импульсного режима работы.

Автономная газификация: дорогое удовольствие Отопление сжиженным газом – это именно тот вариант, который нужно рассматривать в особых, особенных случаях: не только самого топлива достаточно.

Как проложить ТВ-кабель в квартире самостоятельно Чтобы проложить ТВ-кабель в квартире, можно воспользоваться услугами профессионала, но можно справиться с процессом и самостоятельно.

Видео: Генератор постоянного тока

Видео: Генератор постоянного тока

Читайте также статью: Плюсы и минусы совмещенных печей и каминов

Добавить комментарий