Принцип действия генераторов постоянного и переменного тока

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Устройство автомобиля

Публикация:

   Принцип действия генераторов постоянного и переменного тока

Читать далее:

   Устройство генераторов автомобилей

Принцип действия генераторов постоянного и переменного тока

Если силовые линии магнитного поля пересекать проводником, то в нем наводится ЭДС, вызывающая упорядоченное движение электронов (ток) в замкнутой цепи. На этом явлении и основан принцип действия генераторов. Схема простейшего генератора постоянного тока показана на рис. 1, а. Прямоугольная рамка из медной проволоки вращается в магнитном поле постоянного магнита. Концы рамки присоединены к двум изолированным друг от друга полукольцам (пластинам), которые составляют коллектор. При вращении рамки вместе с ней вращаются и пластины коллектора, поочередно подходя к щеткам. При этом к верхней щетке, как показано на рисунке, всегда подходит сторона рамки, пересекающая магнитные силовые линии у северного полюса, в которой ток направлен от полукольца. Эта щетка обозначается знаком «—». Нижняя щетка постоянно соединена с той стороной рамки, в которой ток течет к щетке. Эта щетка обозначается знаком « + ». Таким образом, при вращении рамки ток во внешней цепи будет иметь постоянное направление от плюсовой щетки к минусовой. Такой ток называется постоянным.

Для увеличения мощности генератора вместо постоянного магнита применяют электромагнит, создающий больший магнитный поток. Число витков и пластин коллектора значительно увеличено, что позволило увеличить ЭДС и уменьшить величину пульсации тока.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Рис. 1. Принципиальные схемы генераторов:
а — постоянного тока; 6 — переменного тока: I. 2. Ч концы обмотки статора; 4 — ро тор;. 5 – статор

Корпус генератора и сердечники катушек и якоря составляют магнитную систему, в которой концентрируется магнитный поток. Этот магнитный поток проходит через воздушный зазор между сердечниками катушки и якоря, витки которого пересекают магнитный поток. Якорь генератора приводится во вращение от шкива коленчатого вала двигателя. Индуктируемый в обмотках якоря ток питает все потребители электрической энергии автомобиля.

В последние годы на автомобилях в основном устанавливаются генераторы переменного тока, которые имеют ряд преимуществ перед генераторами постоянного тока.

Генератор переменного тока отличается от генератора постоянного тока тем, что вращающийся многополюсный магнит (ротор) своими магнитными силовыми линиями пересекает неподвижные витки обмотки статора, в которых индуктируется переменная ЭДС. У трехфазных автомобильных генераторов обмотку статора составляют три ветви, концы которых соединяют в одну общую точку. Такую схему соединения называют звездой, а общую точку — нулевой. Другие концы ветвей присоединяют к выпрямительному блоку, от которого выпрямленный ток поступает в сеть для питания потребителей. В автомобильных генераторах вместо постоянного магнита ротора применяют электромагнит, что усложняет конструкцию генератора, но облегчает регулирование напряжения при изменении частоты вращения ротора.

Рекламные предложения:

Читать далее: Устройство генераторов автомобилей

Категория: —
Устройство автомобиля

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Электродвигатель постоянного тока. Принцип действия и устройство. – www.motors33.ru

На рис. 1-1 представлена простейший электродвигатель постоянного тока, а на рис. 1-2 дано его схематическое изображение в осевом направлении. Неподвижная часть двигателя, называемая индуктор, состоит из полюсов и круглого стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в электродвигателе основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рис. 1-1 имеет два полюса 1 (ярмо индуктора на рис. 1-1 не показано).
Вращающаяся часть электродвигателя состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора. 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанном на рис. 1-1 и 1-2 простейшем электродвигателе имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор налегают две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.
Основной магнитный поток в нормальных электродвигателях постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов.

Рис. 1-1. Простейший электродвигатель постоянного тока
Рис. 1-2. Работа простейшего электродвигателя постоянного тока в режиме генератора (а) и двигателя (б).

Генератор постоянного тока.

Рассмотрим сначала работу электродвигателя в режиме генератора.

Предположим, что якорь электродвигателя (рис. 1-1 и 1-2, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется Э. Д. С., направление которой может быть определено по «правилу правой руки» и показано на рис. 1-1 и 1-2, а. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта Э. Д. С. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется Э. Д. С. вращения. В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые Э. Д. С., которые по контуру витка складываются. Частота Э. Д. С. f в двухполюсном электродвигателе равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду:
f = n,
а в общем случае, когда машина имеет р пар полюсов с чередующейся полярностью:
f = pn

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Двигатель постоянного тока.

Рассматриваемая простейшая машина может работать также двигателем, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы и возникнет электромагнитный момент. Величины силы и момента определяются как и для генератора. При достаточной величине Мэм якорь электродвигателя придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент Мэм при этом является движущим и действует в направлении вращения.
Если мы желаем, чтобы при той же полярности полюсов направления вращения генератора (рис. 1-2, а) и двигателя (рис. 1-2, б) были одинаковы, то направление действия а следовательно, и направление тока у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором (рис. 1-2, б).
В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве механического инвертора тока.
Принцип обратимости. Из изложенного выше следует, что каждый электродвигателя постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью.
Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно, при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.
Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.
Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в электродвигателях переменного тока.

Генератор постоянного тока

: принцип работы, конструкция, уравнение ЭДС и типы

Мы знаем, что в электрических машинах есть два типа генераторов: генератор переменного тока (или генератор переменного тока) и генератор постоянного тока.

Конструкция и принцип работы…

Пожалуйста, включите JavaScript

Конструкция и принцип работы двигателя постоянного тока

Генератор переменного тока работает с переменным током, который производит переменную мощность, тогда как генератор постоянного тока работает с постоянным током, который выдает постоянную мощность . В статье описаны только генераторы постоянного тока.

Давайте узнаем…

Содержание

Принцип работы генератора постоянного тока

Электрический генератор постоянного тока — это просто машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока.

Принцип работы электрического генератора основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому всякий раз, когда проводник помещается в движущееся магнитное поле, возникает Э.Д.С. индуцируется в проводнике, что вызывает протекание тока в проводнике, при условии, что цепь должна быть замкнутой. Направление ЭДС индукции (или текущий) задается правилом правой руки Флеминга.

В соответствии с этим принципом работы есть две части механизма, которые нам нужно понять, т. е. простая замкнутая петля, а вторая касается действий пассажиров.

Простой петлевой генератор

Рассмотрим петлю ABCD, вращающуюся по часовой стрелке в однородном магнитном поле с постоянной скоростью, как показано на рисунке A. По мере вращения петли поток начинает связываться со стороной катушки AB, а CD изменяется непрерывно. Итак, э.д.с. то, что индуцируется в этих сторонах катушки, также изменится.

(i) На рисунке A, когда петля находится в позиции №. 1, генерируемая Э.Д.С. равно нулю, потому что стороны катушки (AB и CD) еще не отсекают поток и находятся в параллельном положении с полюсами.

(ii) Когда петля находится в позиции №. 2 стороны катушки движутся под некоторым углом к ​​потоку и, следовательно, малая Э.Д.С. генерируется.

(iii) Когда петля находится в позиции №. 3, стороны катушки (AB и CD) расположены под прямым углом, который отсекает поток с максимальной скоростью. Следовательно, в этой точке генерируемая Э.Д.С. является максимальным.

(iv) Когда петля находится в позиции №. 4 сторона катушки снова отсекает поток под некоторым углом, поэтому генерируемая Э.Д.С. меньше.

(v) Когда петля находится в положении 5, снова никакие магнитные линии не пересекаются, поскольку она параллельна полюсу и, следовательно, ЭДС индукции. равен нулю.

(vi) Когда катушка находится в положении 6, направление генерируемой Э.Д.С. инвертируется, потому что стороны катушки движутся под полюсом противоположной полярности.

(vii) Когда катушка находится в положении № 7, ЭДС снова будет максимальной. в этом направлении (то есть в обратном направлении). Это потому, что между катушкой и магнитным потоком образуется прямой угол. И снова в положении 1 ЭДС не будет.

Этот цикл будет повторяться при каждом обороте катушки.

Обратите внимание, что э. д.с. генерируемый в петле, является переменным, который, таким образом, формирует переменное напряжение, и если нагрузка подключена, то через нагрузку будет протекать переменный ток. Теперь переменное напряжение, генерируемое в петле, преобразуется в постоянное с помощью устройства, называемого коммутатором. Следовательно, генератор постоянного тока получится после полного преобразования. Также обратите внимание, что коммутатор представляет собой механический выпрямитель.

Действие коммутатора

Мы уже знаем, что коммутатор может преобразовывать переменное напряжение в постоянное, таким образом формируя постоянный ток при подключении нагрузки. Здесь мы лучше поймем механизм и функцию коммутатора.

На рисунке (C) показано, что коммутатор имеет два сегмента, а именно C1 и C2, разделенные тонким листом слюды. Сторона катушки AB подключена к сегменту C1, так же как сторона катушки CD подключена к сегменту C2 соответственно. К нагрузке подключены стационарные щетки. S-полюс имеет +ve щетку, тогда как N-полюс имеет +ve щетку.

На рисунке (D) сторона катушки AB, которая подключена к сегменту C1, находится под полюсом N, и аналогичным образом сторона катушки CD, которая подключена к сегменту C2, находится под полюсом S. Сегменты C1 и C2 подключены к клеммам P и Q нагрузочного сопротивления R соответственно.

Когда катушка совершает половину оборота (т. е. поворот на 180°), положение катушки меняется, т. е. AB и CD теперь находятся под полюсом S и полюсом N соответственно (см. рис. E). Теперь течение идет в обратном направлении. Кроме того, сегмент коммутатора перемещается на 180° (C1 подходит к +ve щетке, а сегмент C2 подходит к -ve щетке). Теперь коммутатор поменял местами соединения катушки с нагрузкой, т. е. сторона катушки AB теперь подключена к клемме Q нагрузки, а сторона катушки CD — к клемме P нагрузки. Итак, направление тока снова от Q к P.

Таким образом, переменное напряжение, генерируемое в контуре, будет отображаться как постоянное напряжение
на щетках. Отметим, что ЭДС в обмотке якоря переменная. Но с помощью коммутатора генерируемая переменная ЭДС преобразуется в постоянное напряжение.

Щетки предназначены просто для подачи тока от вращающегося контура или обмотки к
внешней стационарной нагрузке.

См. также: Преобразователь постоянного тока или преобразователь постоянного тока: работа и функции

Строительство генератора постоянного тока

Как правило, строительство генератора постоянного тока генераторы и генераторы постоянного тока моторы одинаковые. Генератор постоянного тока можно использовать как двигатель постоянного тока и наоборот. Все постоянного тока машины состоят из пяти основных компонентов, а именно: (i) система возбуждения (ii) сердечник якоря (iii) обмотка якоря (iv) коммутатор (v) щетки.

(i) Полевая система

Полевая система предназначена для создания однородного магнитного поля. Он состоит из ряда выступающих полюсов (количество полюсов должно быть четным), и обычно мы называем это ярмами. Хомут изготовлен из цельной литой стали, а полюсные наконечники состоят из многослойных пластин.

(ii) Сердечник якоря

Сердечник якоря крепится к валу машины и вращается между полюсами возбуждения. Он состоит из пластин мягкого железа с прорезями (толщиной от 0,4 до 0,6 мм), которые уложены друг на друга, образуя цилиндрический сердечник. Проводники ламинированы тонкой изоляционной пленкой, чтобы избежать электрического контакта друг с другом. Целью ламинирования сердечника является минимизация потерь на вихревые токи.

(iii) Обмотка якоря

Изолированный проводник, соответствующим образом отрегулированный или помещенный в паз сердечника якоря, известен как обмотка якоря. Это обмотка, в которой генерируется ЭДС. индуцируется. Проводники якоря всегда соединяются последовательно-параллельно; проводники соединены последовательно для увеличения напряжения и параллельно для увеличения тока.

(iv) Коллектор

Как обсуждалось выше, коммутатор представляет собой механический выпрямитель, который преобразует генерируемое переменное напряжение (в обмотках) в постоянное напряжение на щетках. Коллектор состоит из двух медных сегментов и изолирован друг от друга листами слюды. Коллектор установлен на валу генератора.

(v) Щетки

Щетки поддерживают и обеспечивают электрические соединения между вращающимся коллектором и стационарной внешней цепью нагрузки.

Схема генератора постоянного тока

Ниже приведена простая схема генератора постоянного тока:

Подробнее: 150+ V. Важные вопросы и ответы по синхронному двигателю MCQ

Equerator

Теперь нам нужно узнать, как создается и индуцируется ЭДС в катушке. Итак, ЭДС индукции в проводнике дается;

e = Blv вольт

где B = плотность магнитного потока в Втб/м2
l = длина проводника в метрах.
v = скорость (в м/с) проводника

Типы генераторов постоянного тока

Существует два типа генераторов постоянного тока на основе полевого возбуждения. Обратите внимание, что магнитное поле создается электромагнитом, а не постоянным магнитом. Два типа генераторов постоянного тока:

i) Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением. генераторы
(ii) Самовозбуждающиеся генераторы постоянного тока генераторы

Опять же, существует три типа генераторов постоянного тока с самовозбуждением в зависимости от того, как устроена обмотка возбуждения
соединен с якорем, а именно;
(a) Последовательный генератор
(b) Шунтирующий генератор
(c) Комбинированный генератор

Типы генераторов постоянного тока подробно описаны здесь: Типы генераторов постоянного тока

Важные часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Характер тока, протекающего в якоре машины постоянного тока:

ОТВЕТ: — Переменный ток или переменный ток . В якоре машины постоянного тока направление тока будет переменным. Этот переменный ток делается однонаправленным с помощью коммутатора. Это основное применение коммутатора в машине постоянного тока.

2. Правило левой руки Флеминга применимо для:

ОТВЕТ:- Электродвигатель.

3. Правило правой руки Флеминга применимо к:

ОТВЕТ: Электрический генератор.

4. ЭДС, создаваемая в генераторе постоянного тока, равна ________ ЭДС индукции.

ОТВЕТ:- Динамически индуцировать ЭДС.

Генератор постоянного тока: принцип работы, работа и преимущества

Главная | Физика | Генератор постоянного тока: принцип работы, работа и преимущества

12 августа 2022 г.

Генератор постоянного тока представляет собой электрическое устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию и дает на выходе постоянный ток.

Генератор постоянного тока

Когда электричество недоступно из местной сети, электрические генераторы используются для обеспечения электричеством . Генераторы обеспечивают резервное питание для предприятий и домов во время сбоев в подаче электроэнергии. Генераторы не производят электрическую энергию, но они преобразуют механическую или химическую энергию в электрическую. Генераторы переменного тока и генераторы постоянного тока — это два типа генераторов, которые классифицируются на основе выходной мощности. Подробнее о генераторах постоянного тока мы поговорим в этой статье.

Принцип генератора постоянного тока

Принцип генератора переменного тока основан на законе Фарадея электромагнитной индукции . Когда катушка вращается в магнитном поле, магнитный поток через катушку изменяется, и в катушке индуцируется ЭДС.

Конструкция генератора постоянного тока

Он состоит из следующих основных частей:

Якорь

Несколько катушек намотаны на железный цилиндр, который вращается в магнитном поле.

Разрезные кольца

Разрезные кольца представляют собой две половины кольца, которые действуют как коммутатор.

Угольные щетки

 Направляющие кольца скользят по стационарным угольным щеткам, подключенным к внешней цепи.

Работающий генератор постоянного тока

Согласно закону Фарадея об электромагнитной индукции, когда проводник с током помещается в магнитное поле, в проводнике возникает ЭДС. Всякий раз, когда меняется направление движения проводника, меняется и направление индуцированного тока. Проводник слева движется вверх, а якорь справа вращается по часовой стрелке. Направление движения проводника изменится на противоположное вниз, когда якорь совершит половину оборота. Направление тока в каждом элементе оборудования будет разным. Когда реверсирование тока происходит в коммутаторе с разъемным кольцом, соединения проводников якоря меняются местами. На клеммах мы получаем ток, который является однонаправленным.

Преимущества генератора постоянного тока

Они могут производить большое количество энергии. Терминальная нагрузка для этих генераторов высока. Конструкции генераторов сделать очень просто. Они используются для обеспечения равномерного распределения мощности. Они дают надежный выход, который очень соответствует рейтингу эффективности. Они оба легкие, а также компактные.

 Эффект заднего двигателя в генераторе постоянного тока

Эффект, создаваемый силами, действующими на катушку, помещенную в магнитное поле, которое противодействует вращательному движению катушки. Такой эффект называется Back Motor Effect».

Вал турбины прикреплен к катушке генератора, который вращается в магнитном поле. Генератор подает ток на устройства во внешней цепи, называемой нагрузкой.

Чем больше нагрузка, тем больше ток, выдаваемый генератором. Когда ток поступает из катушки, на катушку действуют две равные, но противоположные силы, так что они создают в катушке крутящий момент против часовой стрелки, который противодействует вращательному движению катушки.