Принцип устройства генераторов постоянного тока

Принцип устройства генераторов постоянного тока

На свойстве электромагнитной индукции основано устройство электрических генераторов: Принцип устройства электрического генератора показан на рис. 9. На цилиндр, называемый якорем, намотан проводник. Цилиндр вращается между двумя магнитами, создающими магнитное поле. Проводник, намотанный на цилиндр, пересекает магнитное поле, в результате чего в провод­нике возникает э. д. с. На рис. 9 изображена только схема гене­ратора, а не его конструкция.

Для передачи э. д. с. от обмотки вращающегося якоря во внешнюю электрическую цепь служит коллектор (рис. 10). Кол­лектор 2 состоит из отдельных медных сегментов (пластин) и изоляций из слюды между ними, образующих цилиндр меньше­го диаметра, чем якорь 3. Коллектор закрепляется на якорном валу. Проводники якоря припаиваются к коллекторным пласти­нам. Коллектор вращается между диаметрально расположенны­ми неподвижными группами угольных щеток /, от которых отхо­дят провода во внешнюю цепь.

Коллектор служит не только частью машины, позволяющей передавать электродвижущую силу якоря во внешнюю цепь, но и устройством, выпрямляющим переменный ток, который индук­тируется в обмотке якоря, в постоянный, идущий во внешнюю цепь. Для уяснения этого явления остановимся на нем более подробно.

На рис. 11 схематично представлена машина, якорь которой имеет только два проводника 1-1 и 2—2, причем железо само­го якоря, чтобы не усложнять чертежа, не изображено. С перед­ней стороны каждый из проводников присоединен к отдельному кольцу. Проводник 1—1 припаян к кольцу 3, проводник 2—2—к кольцу 4. С задней стороны проводники 1—/, 2—2 соединяются проводником /—2, образуя, таким образом, своего рода рамку 1 — 1—2—2. Эта рамка вращается вокруг оси АБ между полюса­ми N и S вместе с кольцами 3 и 4. На кольца наложены непод­вижные угольные щетки а и б, которые соединяют машину с внешней сетью.

Существует определенная зависимость между движением проводника в магнитном поле, направлением магнитного поля и направлением индуктированного тока или э. д. с. Эта зависи­мость выражается так называемым правилом правой руки, которое заключается в следующем. Если расположить кисть пра­вой руки так, чтобы сложенные вместе и вытянутые в одной плоскости с ладонью четыре пальца совпадали с направлением проводника, большой палец занимал расположение, перпенди­кулярное направлению вытянутых пальцев, и был направлен в сторону движения проводника, а ладонь была бы обращена навстречу магнитным силовым линиям, то направление индук­тированной э. д. с. совпадает с направлением, указываемым вы­тянутыми четырьмя пальцами.

При вращении рамки / —/—2—2 по направлению, указанно­му стрелкой, в проводнике /—/, находящемся под северным магнитным полюсом (рис. 11, а), появится э. д. с., направленная слева направо. В проводнике 2—2, находящемся под южным магнитным полюсом, э. д. с. будет направлена справа налево. Так как конец проводника /—/ соединен с началом (последо­вательное включение) проводника 2—2, то электродвижущие силы этих проводников действуют согласно и общая э. д. с. рам­ки будет вдвое больше э. д. с. отдельных проводников.

При указанном направлении электродвижущей силы движе­ние тока в цепи будет соответствовать направлению, указанному стрелками, т. е. щетка а будет положительная (ток выходит из машины), а щетка б — отрицательная (ток возвращается в ма­шину).

Рекомендуемые материалы

Когда рамка при своем движении повернется на 180°, т. е. проводник /—/ займет место внизу у южного магнитного полю­са, а проводник 2—2 будет вверху у северного магнитного полю­са (рис. 11,6), направление э. д. с. в проводниках изменится на обратное, т. е. если у проводника /—/ она была направлена сле­ва направо, то теперь—справа налево. У проводника 2—2, на­оборот, рамка была направлена справа налево, а теперь — сле­ва направо. Отсюда и направление тока в цепи изменится и щет­ка а станет отрицательной, а щетка б — положительной, т. е. во внешней сети направление тока тоже изменится.

При обороте рамки еще на 180° полярность щеток опять из­менится, и так будет повторяться при каждом обороте якоря на 180°.

Ток, который меняет свое направление, носит название п е-ременного тока, в отличие от постоянного, который всегда течет в одном направлении.

"5 - Гидрораспределители" - тут тоже много полезного для Вас.

Для того чтобы получить постоянный ток, кольца заменяют коллектором.

Возьмем ту же рамку 1—/—2—2 и концы ее присоединим к пластинам коллектора. В этом случае коллектор будет состоять всего лишь из двух пластин с проложенным между ними слоем слюды для создания изоляции между пластинками.

На рис. 11, в мы имеем то же положение, что и на рис. 11, а, с той лишь разницей, что здесь вместо двух колец имеется кол­лектор с пластинками 3 и 4, соответственно спаянными с прово­дами 1—1 и 2—2. На каждую коллекторную пластину наложена угольная щетка (а, б). К щеткам присоединена цепь с электриче­ской лампочкой. В момент, изображенный на рис.11, в, ток в проводнике 1 — 1 имеет направление слева направо, а в провод­нике 2—2 — справа налево. Для этого распределения токов в проводниках якоря коллекторная пластина 4 является положи­тельной, так же как и щетка а, которая в данный момент сни­мает ток с пластины 4. Под щеткой б находится пластина 3, при­нимающая ток от сети, следовательно, щетка б будет отрица­тельной. На рис. 11, г рамка повернулась на 180°, и проводники /—1 и 2—2 поменялись местами. Коллекторные пластины 3 и 4 изменили свою полярность, но так как они вращаются вместе с рамкой, то обмениваются и щетками (щетки неподвижны), т. е. пластина 3, будучи отрицательной, коснется щетки б; сделав­шись положительной, она будет касаться щетки а. Пластина 4, будучи положительной, коснется щетки а; сделавшись отрица­тельной, она будет касаться щетки б. Таким образом, мы видим, что благодаря коллектору на щетках полярность не меняется и во внешней цепи (в данном случае в лампочке) циркулирует по­стоянный ток.

На рис. 12 схематично изображен генератор постоянного тока. Чтобы получить сильные магнитные поля, на полюсные сер­дечники надевают катушки из изолированного провода, которые присоединяют к источнику тока, получая таким образом элек тромагниты. Катушки из провода, надеваемые на полюсные сер­дечники, носят название обмоток возбуждения, так как они возбуждают магнитный поток генератора, без которого не будет индуктироваться э. д. с. и, следовательно, генератор не будет давать ток. Обмотки возбуждения питаются от щеток того же генератора, на котором они находятся, т. е. генератор рабо­тает с самовозбуждением. На рис. 12 пунктирными линиями по­казано распределение магнитных потоков.

От щеток генератора отходят две электрические цепи, внеш­няя цепь и цепь обмоток возбуждения. Когда якорь генератора не вращается, в обмотках возбуждения тока нет, но в магнит­ных сердечниках остается слабый магнитный поток (остаточный магнетизм), за счет которого и происходит индукция э. д. с. в момент пуска генератора. Как только появилась хотя бы неболь­шая э. д. с., в обмотке возбуждения возникает ток, который вос­станавливает в полюсах магнитный поток.

Таким образом, для того чтобы генератор дал ток, якорь должен получить вращение от двигателя. Двигатель может быть паровой, нефтяной, водяной (гидротурбина), ветряной, электри- ческий и т. д. Следовательно, электрический генератор преобразует механическую энергию в элек­трическую.