Gleichstromgeneratoren

Das Funktionsprinzip des Gleichstromgenerators

Der Generator basiert auf der Verwendung von das Gesetz der elektromagnetischen Induktion, wonach in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt und den Magnetfluss kreuzt, wird durch ef induziert.

Einer der Hauptbestandteile einer Gleichstrommaschine ist der Magnetkreis, durch den der magnetische Fluss geschlossen wird. Der Magnetkreis einer Gleichstrommaschine (Abb. 1) besteht aus einem stationären Teil – Stator 1 und einem rotierenden Teil – Rotor 4. Der Stator ist ein Stahlgehäuse, an dem andere Teile der Maschine befestigt sind, einschließlich Magnetpole 2. Ein An den Magnetpolen 3 ist eine Erregerspule angebracht, die mit Gleichstrom betrieben wird und den Hauptmagnetfluss Ф0 erzeugt.

Reis. 1. Magnetkreis einer vierpoligen Gleichstrommaschine

Reis. 2. Bleche, aus denen der Magnetkreis des Rotors zusammengesetzt ist: a – mit offenen Kanälen, b – mit halbgeschlossenen Kanälen

Der Rotor der Maschine ist aus gestanzten Stahlblechen mit umlaufenden Nuten und Löchern für die Welle und Belüftung zusammengesetzt (Abb. 2). In den Kanälen (5 in Abb. 1) des Rotors ist die Arbeitswicklung der Gleichstrommaschine verlegt, also die Wicklung, in der EM durch den Hauptmagnetfluss induziert wird. usw. mitDiese Wicklung wird Ankerwicklung genannt (daher wird der Rotor einer Gleichstrommaschine üblicherweise Anker genannt).

Die Bedeutung von e. usw. c. Der Gleichstromgenerator kann umgeschaltet werden, seine Polarität bleibt jedoch konstant. Das Funktionsprinzip des Gleichstromgenerators ist in Abb. dargestellt. 3.

Die Pole eines Permanentmagneten erzeugen einen magnetischen Fluss. Stellen Sie sich vor, dass die Ankerwicklung aus einer Windung besteht, deren Enden an verschiedenen voneinander isolierten Halbringen befestigt sind. Diese Halbringe einen Sammler bilden, der sich mit der Windung der Ankerwicklung dreht. Gleichzeitig gleiten die stationären Bürsten am Kollektor entlang.

Wenn sich die Spule in einem Magnetfeld dreht, wird in ihr eine EMK induziert

Dabei ist B die magnetische Induktion, l die Länge des Drahtes und v seine lineare Geschwindigkeit.

Wenn die Ebene der Spule mit der Ebene der Mittellinie der Pole übereinstimmt (die Spule ist vertikal angeordnet), kreuzen die Drähte den maximalen magnetischen Fluss und der maximale Wert von e wird in ihnen induziert. usw. c. Wenn die Kontur horizontal ist, z.B. usw. v. in den Drähten ist Null.

Die Richtung von e. usw. p im Leiter wird durch die Rechte-Hand-Regel bestimmt (in Abb. 3 durch Pfeile dargestellt). Wenn während der Drehung der Spule der Draht unter dem anderen Pol verläuft, ist die Richtung von e. usw. v. er ist bekehrt. Da sich aber der Kollektor mit der Spule dreht und die Bürsten stationär sind, ist immer ein unterhalb des Nordpols liegender Draht mit der oberen Bürste verbunden, z.B. usw. v. die vom Pinsel weg gerichtet ist. Dadurch bleibt die Polarität der Bürsten unverändert und bleibt somit in e-Richtung unverändert. usw. auf Bürsten – zBSCH (Abb. 4).

Reis. 3. Der einfachste Gleichstromgenerator

Reis. 4. Zeitliche Änderung der elektromotorischen Kraft.der einfachste Gleichstromgenerator

Obwohl E. usw. c. Der einfachste Gleichstromgenerator hat eine konstante Richtung, sein Wert ändert sich und dreht sich in einer Umdrehung um das Doppelte des Maximalwerts und das Doppelte des Nullwerts. Ein Gleichstrom mit einer so großen Welligkeit ist für die meisten Gleichstromempfänger ungeeignet und kann im strengen Sinne des Wortes nicht als konstant bezeichnet werden.

Um die Welligkeit zu reduzieren, besteht die Ankerwicklung des Gleichstromgenerators aus einer großen Anzahl von Windungen (Spulen) und der Kollektor aus einer großen Anzahl voneinander isolierter Kollektorplatten.

Betrachten wir den Vorgang der Wellenglättung am Beispiel einer runden Ankerwicklung (Abb. 5), bestehend aus vier Wicklungen (1, 2, 3, 4) mit jeweils zwei Windungen. Der Anker dreht sich im Uhrzeigersinn mit der Frequenz n und e wird in den an der Außenseite des Ankers befindlichen Wicklungsdrähten des Ankers induziert. usw. (Die Richtung wird durch Pfeile angezeigt).

Die Ankerwicklung ist ein geschlossener Stromkreis, der aus in Reihe geschalteten Windungen besteht. Bei den Bürsten besteht die Ankerwicklung jedoch aus zwei parallelen Zweigen. In Abb. 5, und ein paralleler Zweig besteht aus Spule 2, der zweite besteht aus Spule 4 (in den Spulen 1 und 3 wird keine EMF induziert und sie sind an beiden Enden mit einer Bürste verbunden). In Abb. In 5b ist der Anker in der Position dargestellt, die er nach 1/8 Umdrehung einnimmt. In dieser Position besteht eine parallele Ankerwicklung aus in Reihe geschalteten Spulen 1 und 2 und die zweite aus in Reihe geschalteten Spulen 3 und 4.

Reis. 5. Schema des einfachsten Gleichstromgenerators mit Ringanker

Wenn sich der Anker relativ zu den Bürsten dreht, hat jede Spule eine konstante Polarität. Adressänderung usw. c. Wicklungen im Takt der Drehung des Ankers sind in Abb. dargestellt. 6, a. D. d.C. auf Bürsten ist gleich e. usw. v. jeder parallele Zweig der Ankerwicklung. Feige. 5 zeigt, dass e. usw. c. Parallelzweig ist gleich oder e. usw. c. eine Spule oder die Menge e. usw. c. zwei benachbarte Wicklungen:

Durch dieses Pulsieren von z. usw. c. Die Ankerwicklungen werden deutlich reduziert (Abb. 6, b). Durch die Erhöhung der Anzahl der Windungen und Kollektorplatten kann eine nahezu konstante Strahlung erreicht werden. usw. v. Ankerwicklungen.

Design von Gleichstromgeneratoren

Im Zuge des technischen Fortschritts in der Elektrotechnik ändert sich die Konstruktion von Gleichstrommaschinen, die grundlegenden Details bleiben jedoch gleich.

Stellen Sie sich ein Gerät einer der Arten von Gleichstrommaschinen vor, die in der Industrie hergestellt werden. Wie bereits erwähnt, sind die Hauptteile der Maschine der Stator und der Anker. Der Stator 6 (Abb. 7) in Form eines Stahlzylinders dient sowohl der Befestigung anderer Teile als auch dem Schutz vor mechanischer Beschädigung und ist fester Bestandteil des Magnetkreises.

Am Stator sind Magnetpole 4 befestigt, die sein können Permanentmagnete (für Maschinen mit geringer Leistung) oder Elektromagnete. Im letzteren Fall wird an den Polen eine Erregerspule 5 angebracht, die mit Gleichstrom versorgt wird und einen stationären Magnetfluss relativ zum Stator erzeugt.

Bei einer großen Anzahl von Polen sind ihre Wicklungen parallel oder in Reihe geschaltet, jedoch so, dass sich Nord- und Südpol abwechseln (siehe Abb. 1). Zwischen den Hauptpolen befinden sich weitere Pole mit eigenen Wicklungen. Am Stator sind Lagerschilde 7 befestigt (Abb. 7).

Der Anker 3 der Gleichstrommaschine ist aus Stahlblech zusammengesetzt (siehe Abb. 2), um Leistungsverluste durch Wirbelströme zu reduzieren. Die Bleche sind voneinander isoliert.Der Anker ist ein beweglicher (rotierender) Teil des Magnetkreises der Maschine. In den Ankerkanälen ist die Ankerspule bzw. Arbeitsspule 9 untergebracht.

Reis. 6. Zeitliche Variation der EMK der Wicklungen und der Wicklung des Ringankers

Derzeit werden Maschinen mit Anker- und Trommelwicklung hergestellt. Die bisher betrachtete Ringankerwicklung hat den Nachteil, dass z. usw. c. wird nur in Leitern induziert, die sich auf der Außenfläche des Ankers befinden. Daher ist nur die Hälfte der Drähte aktiv. In der Ankerwicklung der Trommel sind alle Drähte aktiv, d. h. um das gleiche zu erzeugen. Wie bei einer Ringankermaschine wird fast die Hälfte des leitfähigen Materials benötigt.

Die in den Nuten befindlichen Leiter der Ankerwicklung sind durch die vorderen Teile der Windungen miteinander verbunden. Jeder Steckplatz enthält normalerweise mehrere Drähte. Die Leiter eines Schlitzes sind mit den Leitern des anderen Schlitzes verbunden, um eine Reihenschaltung zu bilden, die Spule oder Abschnitt genannt wird. Die Abschnitte sind in Reihe geschaltet und bilden einen geschlossenen Stromkreis. Die Bindungssequenz sollte so sein, dass z. usw. v. in Drähten, die in einem parallelen Zweig enthalten waren, hatten die gleiche Richtung.

In Abb. In Abb. 8 zeigt die einfachste Trommelankerwicklung einer zweipoligen Maschine. Die durchgezogenen Linien zeigen die Verbindung der Abschnitte untereinander auf der Kollektorseite und die gestrichelten Linien zeigen die Endverbindungen der Drähte auf der gegenüberliegenden Seite. Von den Verbindungspunkten der Abschnitte zu den Kollektorplatten werden Streifen hergestellt. Die Richtung von e. usw. S. in den Drähten der Spule ist in der Abbildung dargestellt: „+“ – Richtung vom Lesegerät, „•“ – Richtung zum Lesegerät.

Die Wicklung eines solchen Ankers hat auch zwei parallele Zweige: Der erste wird durch die Drähte der Schlitze 1, 6, 3, 8 gebildet, der zweite durch die Drähte der Schlitze 4, 7, 2, 5. Wenn sich der Anker dreht , die Kombination der Schlitze, deren Drähte einen Parallelzweig bilden, ändert sich ständig, aber immer wird der Parallelzweig durch die Drähte der vier Kanäle gebildet, die eine konstante Position im Raum einnehmen.

Reis. 7. Die Anordnung der Gleichstrommaschine mit Trommelanker

Reis. 8. Die einfachste Wicklung

Die von den Fabriken hergestellten Maschinen haben Dutzende oder Hunderte von Rillen entlang des Umfangs des Ankers der Trommel und die Anzahl der Kollektorplatten entspricht der Anzahl der Abschnitte der Ankerwicklung.

Kollektor 1 (siehe Abb. 7) besteht aus voneinander isolierten Kupferplatten, die mit den Verbindungspunkten der Abschnitte der Ankerwicklung verbunden sind und zur Umwandlung der Größe e dienen. usw. v. in den Drähten der Ankerwicklung in konstantem e. usw. c. an den Bürsten 2 des Generators oder Umwandlung des vom Netz an die Bürsten des Motors gelieferten Gleichstroms in Wechselstrom in den Drähten der Ankerwicklung des Motors. Der Kollektor dreht sich mit dem Anker.

Wenn sich der Anker dreht, gleiten feststehende Bürsten 2 am Kollektor entlang. Die Bürsten sind aus Graphit und Kupfer-Graphit. Sie sind in Bürstenhaltern montiert, die in einem bestimmten Winkel gedreht werden können. Mit dem Anker ist ein Laufrad 8 zur Belüftung verbunden.

Klassifizierung und Parameter von Gleichstromgeneratoren

Die Klassifizierung von Gleichstromgeneratoren basiert auf der Art der Stromquelle der Erregerspule. Unterscheiden:

1.selbsterregte Generatoren, deren Erregerspule von einer externen Quelle (Batterie oder andere Gleichstromquelle) gespeist wird. In Generatoren mit geringer Leistung (mehrere zehn Watt) kann der Hauptmagnetfluss durch Permanentmagnete erzeugt werden.

2. Selbsterregte Generatoren, deren Erregerspule vom Generator selbst gespeist wird. Je nach Anschlussschema der Anker- und Erregerwicklungen zum Außenkreis gibt es: Parallelerregergeneratoren, bei denen die Erregerwicklung parallel zur Ankerwicklung geschaltet ist (Nebenschlussgeneratoren), Reihenerregergeneratoren, bei denen diese Wicklungen sind in Reihe geschaltet (Seriengeneratoren), Generatoren mit gemischter Erregung, bei denen eine Erregerwicklung parallel zur Ankerwicklung geschaltet ist, und die zweite in Reihe (kombinierte Generatoren).

Der Nennmodus des Gleichstromgenerators wird durch die Nennleistung bestimmt – die Leistung, die der Generator an den Empfänger abgibt, die Nennspannung an den Anschlüssen der Ankerwicklung, den Nennstrom des Ankers, den Erregerstrom, die Nennfrequenz von Drehung des Ankers. Diese Werte sind normalerweise im Pass des Generators angegeben.