Генератор постоянного тока. Устройство, принцип действия. Способы возбуждения. Э.Д.С. якоря и электромагнитный момент генератора постоянного тока.

Генераторы постоянного тока являются источниками постоянного тока, в которых осуществляется преобразование механической энергии в электрическую. Генератор постоянного тока состоит из статора — неподвижного корпуса, вращающегося якоря, разделенным воздушным зазором. К внутренней поверхности статора крепятся главные и добавочные полюсы. Главные полюсы с обмотками возбуждения служат для создания основного магнитного потока Ф, а добавочные – для уменьшения искрения. Якорь состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Коллектор содержит изолированные друг от друга медные пластины, которые соединяются с секциями обмотки и якоря. На коллектор накладываются неподвижные щетки, соединяющие обмотку якоря с внешней электрической цепью. Вращающийся якорь, снабженный обмотками, пересекающими магнитное поле статора, индуцирует в обмотках ЭДС. В каждой секции обмотки якоря ЭДС меняется и по величине и по направлению в зависимости от ее положения относительно магнитного поля.

Рассмотрим принцип действия генератора постоянного тока, где подводимая механическая энергия преобразуется в электрическую энергию постоянного тока. В магнитном поле постоянного магнита вращается стальной сердечник, в продольных пазах которого расположен диаметральный виток. Начало и конец этого витка присоединены к двум взаимно изолированным медным полукольцам. Образующим коллектор, который вращается вместе со стальным цилиндром. По коллектору скользят неподвижные контактные щетки, от которых отходят провода к потребителю энергии. Стальной сердечник с витком (обмоткой) и коллектором образует вращающуюся часть машины постоянного тока — якорь.

Генераторы постоянного тока могут быть выполнены с магнитным и электромагнитным возбуждением. Для создания магнитного потока в генераторах первого типа используют постоянные магниты, а в генераторах второго типа — электромагниты. В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока могут быть с независимым возбуждением и с самовозбуждением. При независимом возбуждении (рис. 14.15, а) обмотка возбуждения включается в сеть вспомогательного источника энергии постоянного тока. Для регулирования тока возбуждения Iв в цепи обмотки включено сопротивление r_р. При таком возбуждении ток Iв не зависит от тока в якоре Iя. Генераторы с самовозбуждением в зависимости от включения обмотки возбуждения могут быть параллельного (рис. 14.15, б), последовательного (рис. 14.15, в) и смешанного (рис. 14.15, г) возбуждения. У генераторов параллельного возбуждения ток мал (несколько процентов номинального тока якоря), и обмотка возбуждения имеет большое число витков. При последовательном возбуждении ток возбуждения равен току якоря и обмотка возбуждения имеет малое число витков. При смешанном возбуждении на полюсах генератора помещаются две обмотки возбуждения — параллельная и последовательная.

Процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока протекает одинаково при любой схеме возбуждения.

Самовозбуждение генератора будет происходить лишь при определенных условиях, которые сводятся к следующим:

1. Наличие потока остаточного магнетизма. При отсутствия этого потока не будет создаваться э. д. с. Е0, под действием котором в обмотке возбуждения начинает протекать ток,

так что возбуждение генератора будет невозможным. Если машина размагничена и не имеет остаточного намагничивания, то по обмотке возбуждения надо пропустить постоянный ток от какого-либо постороннего источника электрической энергии. После отключения обмотки возбуждения машина будет иметь вновь остаточный магнитный поток.

2. Обмотка возбуждения должна быть включена согласно с потоком остаточного магнетизма, т. е. так, чтобы намагничивающая сила этой обмотки увеличивала поток остаточного магнетизма.

3. Сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть чрезмерно большим, при очень большом сопротивлении цепи возбуждения самовозбуждение генератора невозможно.

4. Сопротивление внешней нагрузки должно быть велико, так как при малом сопротивлении ток возбуждения будет также мал и самовозбуждения не произойдет.

– э.д.с якоря

– электромагнитный момент.