Устройство промышленного генератора постоянного тока и принцип его работы

Генератор постоянного тока — электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока.

 Устройство: на внутренней поверхности станины 1 изготовленной из цельного чугунного литья, жестко укреплены главные полюсы 2 с обмотками возбуждения и дополнительные полюсы с обмотками для компенсации ЭДС самоиндукции и реакции якоря. Внутри станины помещается якорь 3, представляющий собой металлический цилиндр, набранный из штампованных пластин электротехнической стали. В продольных пазах на поверхности якоря размещается обмотка якоря, состоящая из соединенных между собой секций. Для сглаживания пульсаций ЭДС и тока обмотка якоря равномерно размещена по всей поверхности, магнитное сопротивление между полюсами уменьшается благодаря стальному сердечнику якоря. Выводы обмоток припаивают к изолированным друг от друга и от корпуса машины медным пластинам коллектора 4, причем конец одной секции и начало следующей припаивают к одной и той же пластине. Коллектор жестко укреплен на валу якоря, на этом же валу крепят и вентилятор. Вал якоря помещается в подшипники подшипниковых щитов 5, укрепляемых на боковых сторонах станины. Между якорем и полюсами статора образуется незначительный воздушный зазор, благодаря которому якорь может свободно вращаться. На цилиндрическую поверхность коллектора накладываются угольные щетки, вставленные в щеткодержатели 6. Для уменьшения сопротивления щетки прессуются из смеси угольного и медного порошка.

Тороид представляет собой тонкий провод, плотно (виток к витку) намотанный на каркас в форме тора.

Принципы работы: изготовленный якорь в виде кольца и размещенный на нём обмотка в виде замкнутоготороида, якорь называют кольцевым, а обмотку — спиральной. При вращении этого якоря в магнитном поле в витках его обмотки будут индуцироваться ЭДС. В витках одной половины обмотки ЭДС имеет один знак, в витках другой половины — противоположный. Если витки равномерно распределены по поверхности якоря, то тока в обмотке не будет, т. к. действие ЭДС обеих половин взаимно компенсируется. Если у витков с внешней стороны частично снять изоляцию и с двух противоположных сторон наложить две неподвижные щетки (а и b) так, чтобы при вращении якоря они могли касаться каждого витка, то вся обмотка как бы разделится пополам и при вращении якоря витки одной половины обмотки будут постепенно переходить в другую, при этом число витков каждой половины, полярность и значение ЭДС будут оставаться неизменными. Если вдобавок подключить нагрузку к щеткам, то во внешней цепи и в каждой половине обмотки установится постоянный ток.

Для более полного использования ЭДС обмотки щетки надо подключать в тех точках, где ЭДС не наводится. Прямая, проходящая через две такие точки, называется геометрической нейтралью (ГН). При таком расположении щеток обмотка оказывается разделенной на две параллельные ветви, соединенные между собой и внешней цепью щетками. Если щетки сместить относительно геометрической нейтрали, то в части витков каждой параллельной ветви ЭДС будет иметь противоположную полярность, а под щетками может начаться искрение, т.к. в закорачиваемых щетками витках (секциях) ЭДС отлична от нуля.

Кольцевой якорь можно усовершенствовать-, не снимая изоляции с витков обмотки, сделать от них отводы, соединенные с пластинами коллектора, а щетки наложить на коллектор. Если у такой машины сделать четыре полюса, то обмотка разделится на четыре части и вместо двух щеток поставить четыре и одноименные соединить между собой, то обмотка будет иметь четыре параллельные ветви. Так с увеличением числа параллельных ветвей ток нагрузки может быть соответственно увеличен.

((((Кольцевой якорь со спиральной обмоткой имеет существенные недостатки. Во-первых, магнитный поток замыкается через стенку кольца (якоря), минуя внутреннюю полость, поэтому активной стороной каждого витка обмотки является та, которая расположена на поверхности, а внутренняя часть витка для получения ЭДС не используется и служит лишь соединительным проводником. Это обстоятельство приводит к нерациональному расходу меди. Во-вторых, спиральную обмотку нельзя сделать по шаблону, поэтому в настоящее время машины с кольцевым якорем не изготовляют.Недостатки кольцевого якоря устраняют заменой его барабанным, у которого обмотки укладывают в специальные пазы на поверхности цилиндра (якоря) в виде отдельных секций, определенным образом соединенных с пластинами коллектора и между собой. Секция — это часть обмотки между двумя соседними отводами к коллектору. Обе стороны каждой секции являются активными; секции изготовляют по шаблону.))))))