Генератор постійного струму, принцип дії, ЕРС та напруга генератора

Машини постійного струму

Призначення і будова машин постійного струму

Електричні машини постійного струму використовуються в режимі роботи генераторів та в режимі роботи двигунів. Отже, ці машини оборотні.

Електрична енергія постійного струму, вироблена генераторами, використовується для живлення двигунів постійного струму, електролітичних ванн, апаратури керування і контролю тощо. Сьогодні для одержання ел ен постійного стуму застосовують напівпровідникові (тиристорні) випростовувачі. (дешевші від МПС)

Двигуни постійного струму призначені для перетворення ел ен постійного струму в механічну енергію. Вони використовуються для приводу деяких металорізальних верстатів, прокатних станів, підіймально-транспортних машин, екскаваторів тощо.

Коли регулювання частоти обертання є обов’язковою умовою технологічного процесу, застосовують складніші у виготовленні, але добре регульовані ДПС. Діапазон потужності: доля вата до кількох тисяч кіловат, швидкості: один оберт за добу – 30000 об/хв.

До недоліків МПС належать складність виготовлення, висока ціна, понижена надійність. Всі ці недоліки зумовлені наявністю щітково-колекторного вузла, який є джерелом радіошумів.

Нерухома частина МПС наз статором, обертова частина – якорем.

Статор складається із станини (1), головних (2) і додаткових (3) полюсів. Станина служить для закріплення полюсів і підшипникових щитів. Станину виготовляють із сталі. У нижній частині станини є лапи (4) для закріплення машини до фундаментної плити чи соласок.

Головні полюси призначені для утворення в машині магнітного поля збудження. Головний полюс складається із осердя (2) з обвиткою збудження (5), і полюсного наконечника (6). (ел тех сталь)

Якір машини складається з вала (7), осердя (8) з обвиткою (9) і колектора (10). Осердя якоря набирається із пластин ел тех сталі, покритих лаком.

Колектор. Основними елементами є мідні пластини трапецеїдального перерізу, ізольовані між собою й від осердя та вала якоря. Верхня частина колекторної пластини, яку називають півником, має паз-проріз, в який вкладають кінці котушок обвитки якоря.

МПС має два підшипникові щитки: передній й задній. В центральній частині щитків є розточки для підшипників. Кінці обвиток збудження і обвиток якоря виведені на затискачі коробки виводів. Вентилятор, жорстко закріплений на валу машини, призначений для само вентиляції.

Генератор постійного струму, принцип дії, ЕРС та напруга генератора

За допомогою полюсних наконечників магнітна індукція вздовж повітряного проміжку між полюсом і якорем розподіляється за трапецеїдальним законом. Під час обертання якоря в постійному маг полі обвитки якоря будуть пронизуватися змінним маг полем, і за законом ел маг індукції в секціях якоря буде наводитись ЕРС. Оскільки в контурі є два провідники й секція має w кількість витків, то ЕРС секції: e=2we=2wBlV, а напрям за правилом правої руки. Ця ЕРС буде змінною – напрямок ЕРС змінює напрям. На рис видно що ЕРС повторює криву розподілу індукції. Частота f в двополюсній машині дорівнює частоті обертання якоря n, а в загальному випадку, коли машина має p пар полюсів з перемінною полярністю: f=pn.

Якщо обвитка якоря за допомогою щіток замкнена на зовнішнє коло, то в цьому колі, а також в обвитці якоря виникає струм. Однчасно зі зміною ЕРС відбувається зміна пластин під щітками. Внаслідок цього під верхньою щіткою завжди буде знаходитись пластинка з провідником який знаходиться під північним полюсом. В результаті полярність щіток і напрям струму в зовнішньому колі залишаються незмінними.

Отже, в генераторі колектор є механічним випростовувачем.

Як видно, одна секція обвитки якоря створює в зовнішньому колі пульсуючий струм – постійний за напрямом. Для одержання практично постійної ЕРС у зовнішньому колі обвитку якоря виконують із багатьох секцій, сполучених послідовно, які утворюють одну паралельну вітку.

Для одержання більшої ЕРС щітки необхідно встановлювати на геометричній нейтралі, під якою розуміють лінію, яка проходить через вісь машини й ті точки поверхні якоря, де маг індукція поля головних полюсів дорівнює нулеві.

ЕРС між щітками машини:

Де Ф – маг потік одного полюса, 2p – кількість полюсів машини, N – кільк провідників якоря, 2a – кільк паралельних віток, Се – конструктивна стала.

Як видно ЕРС МПС прямо пропорційна частоті обертання якоря і величині маг потоку. Поток залежить від струму збудження, змінюючи його будемо змінювати поток, а тим самим ЕРС.

Якщо позначити опір провідників якоря rя, а падіння напруги в опори ΔU= rя*I, то напруга на клемах генератора з другого закону Кірхгофа:

Реакція якоря

Під час роботи машини з навантаженням в обвитці якоря виникає струм, який створить своє маг поле, що буде відповідно діяти на поле полюсів. Цю дію називають реакцією якоря.

Використаємо метод накладання, дослідивши декілька станів машини. Під час неробочого ходу, коли реакція якоря відсутня, в машині існує тільки поле головних полюсів. Це поле створюється номінальним збудженням (струмом) рис а. Якщо подати номінальний струм на обвитку якоря, без поля ОЗ, тоді отримаємо поле спрямоване по поперечній осі машини (геометр нейтралі) на рис б. Якщо тепер накласти одне на одне ці поля, то отримаємо результуюче маг поле на рис в. Оскільки маг лінії поля полюсів і поля якоря з боку збіжного (з якоря) края полюсів збігаються, то в цій частині машини, яка працює в генераторному режимі, результуюче поле посилюється. З боку набіжного (на якір) краю полюса лінії поля головних полюсів і поля якоря спрямовані зустрічно, поле в цій частині послаблюється. Наче маг поле затягує в бік обертання, «натягуючи» лінії поля. В цьому випадку електромагнітна сила проявляє гальмівну дію проти обертання якоря і створює гальмівний електромагнітний момент; якщо машина працює в режимі двигуна ел маг сила створює обертовий ел маг момент.

Негативним наслідком реакції якоря є погіршення умов роботи колектора. Комутацією наз процес зняття щітками струму з колектора. Реакція якоря повертає фізичну нейтраль у генераторах за напрямом обертання, а в двигунах – проти. Під ФН розуміють лінію, яка проходить через вісь машини й точки поверхні якоря, де магн індукція результуючого маг поля дорівнює нулеві. В результаті реакції якоря в секціях обвитки якоря, розташованих на геометр нейтралі які замикаються щітками накоротко, виникає ЕРС, що є однією з причин іскріння між щітками й колектором.

Для покращення умов комутації в потужних машинах застосовують компенсаційні обвитки. Ці обвитки розміщені в пазах на поверхнях полюсних наконечників і вмикають послідовно з обвиткою якоря. Магнеторушійна сила КО напрямлена зустрічно МРС якоря і усуває спотворення основного поля.

Найрозповсюдженішим способом покращення комутації є застосування додаткових полюсів, розташованих вздовж геометр нейтралі між основними полюсами, щоб МРС їх була направлена зустрічно полю якоря.

Поиск по сайту: