§ 105. TASAVIEN GENERAATTORIN LAITE

Kiinteä osa koneissa tasavirta on induktiivinen eli muodostaa magneettikentän ja pyörivä osa on induktiivinen (ankkuri).

Koneen kiinteä osa (kuva 134, a) koostuu päänavoista 1, lisänapoista 2 ja rungosta 3. Päänapa (Kuva 134, b) on sähkömagneetti, joka luo magneettivuon. Se koostuu sydämestä 4, herätekäämyksestä 7 ja napakappaleesta 8. Pylväät on kiinnitetty runkoon 6 pultilla 5. Napaydin on valettu teräksestä ja sen poikkileikkaus on soikea. Napan ytimeen on merkitty eristetystä kuparilangasta kierretty virityskela. Kaikkien napojen kelat on kytketty sarjaan muodostaen virityskäämin. Virta, joka kulkee virityskäämin läpi, muodostaa magneettivuon. Tankokappale pitää kenttäkäämin pylväässä ja varmistaa tasaisen jakautumisen magneettikenttä tangon alle. Napakappale on muotoiltu siten, että pylväiden ja ankkurin välinen ilmarako on sama koko napakaaren pituudella. Lisäpylväissä on myös ydin ja käämitys.

Lisäpylväitä asennetaan pääpylväiden väliin, ja niiden lukumäärä voi olla joko yhtä suuri kuin pääpylväiden lukumäärä tai puolet siitä. Suuritehoisiin koneisiin asennetaan lisäpylväitä, jotka poistavat kipinöitä harjojen alta. Pienitehoisissa koneissa ei yleensä ole lisäpylväitä.

Runko on teräksestä valettu ja on koneen runko, runkoon on kiinnitetty pää- ja lisäpylväät sekä päätysivuilla koneen akselia pitävät laakeroidut sivusuojat. Rungon avulla kone kiinnitetään perustukseen.

Koneen pyörivä osa (ankkuri) (kuva 135, a) koostuu sydämestä 1, käämityksestä 2 ja kollektorista 3. Ankkurin sydän on sähköteräslevyistä koottu sylinteri. Levyt on eristetty toisistaan ​​lakalla tai paperilla pyörrevirtahäviöiden vähentämiseksi. Teräslevyt leimataan koneisiin mallin mukaan; niissä on urat, joihin ankkurikäämin johtimet asetetaan. Ankkurin runkoon on tehty ilmakanavat käämityksen ja ankkuriytimen jäähdyttämiseksi.

Ankkurin käämitys on valmistettu kuparista eristetty johto tai kuparitankoista, joiden poikkileikkaus on suorakaiteen muotoinen. Se koostuu erikoismalleille tehdyistä osista, jotka on asetettu ankkuriytimen uriin. Yksikierrososa koostuu kahdesta toisiinsa kytketystä aktiivisesta johdosta.

Osioissa voi olla ei yksi, vaan monta käännettä. Tällaisia ​​osia kutsutaan monikierroksiksi. Käämitys eristetään huolellisesti ytimestä ja kiinnitetään uriin puisilla kiiloilla. Etuliitokset on vahvistettu terässiteillä. Kaikki ankkuriin sijoitetut käämin osat on kytketty sarjaan muodostaen suljetun piirin. Kaksi peräkkäin peräkkäin käämityskaavion mukaan peräkkäistä osaa yhdistävät johdot on kiinnitetty kollektorilevyihin.

Keräin on sylinteri, joka koostuu yksittäisistä levyistä. Keräyslevyt on valmistettu kovavedetystä kuparista ja eristetty keskenään ja rungosta mikaniittitiivisteillä. Holkkiin kiinnittämistä varten keräyslevyt on muotoiltu lohenpyrstöksi, joka puristetaan holkin ulkoneman ja aluslevyn väliin, muotoiltuna levyn muotoa vastaavaksi. Aluslevy on pultattu holkkiin.

Keräin on rakenteeltaan monimutkaisin ja käytössä olevan koneen kriittisin osa. Kommutaattorin pinnan tulee olla tiukasti sylinterimäinen, jotta vältetään harjojen isku ja kipinä.

Ankkurin käämityksen liittämiseksi ulkoiseen piiriin kollektoriin asetetaan kiinteät harjat, jotka voivat olla grafiittia, hiiligrafiittia tai pronssigrafiittia. Korkeajännitekoneissa käytetään grafiittiharjoja, joilla on suuri kosketusresistanssi harjan ja keräimen välillä, pienjännitekoneissa käytetään pronssi-grafiittiharjoja. Harjat asetetaan erityisiin harjanpitimiin (kuva 135, b). Harjatelineen pidikkeeseen asetettu harja 4 puristuu jousella 5 keräilijää vasten. Jokaisessa harjanpitimessä voi olla useita rinnakkain kytkettyjä harjoja.

Harjan pidikkeet on asennettu harjan pultteihin-tappeihin, jotka puolestaan ​​on kiinnitetty poikittaissuuntaan. Harjasormeen kiinnitystä varten harjanpitimessä on reikä.

Harjan sormet on eristetty poikittaissuunnasta eristävillä aluslevyillä ja holkeilla. Harjanpitimien lukumäärä on yleensä yhtä suuri kuin pylväiden lukumäärä.

Traversi asennetaan laakerikilpeen pieni- ja keskitehoisissa koneissa tai runkoon suuritehoisissa koneissa. Poikkisuuntaa voidaan kääntää ja siten muuttaa harjojen asentoa napoihin nähden.

Yleensä poikki asennetaan asentoon, jossa harjojen sijainti avaruudessa on sama kuin pääpylväiden keskipisteiden sijainti.

DC-sähkökoneet

DC-sähkökoneet jaetaan käyttötarkoituksensa mukaan sähkögeneraattorit(tai vain generaattoreita), jotka muuntavat mekaaninen energia sähköksi vakiojännitteellä (generaattorit ovat sähköenergian lähteitä) ja sähkömoottorit(sähkömoottorit), jotka muuntavat sähköenergiaa tasavirta mekaaniseksi energiaksi. Tätä mekaanista energiaa käytetään minkä tahansa toimilaitteen (koneen, vinssin, raitiovaunun renkaiden, sähköjunien jne.) pyörittämiseen.

Lisäksi on olemassa joitakin erikoiskoneita, kuten koneita, jotka on suunniteltu muuntamaan tasavirtasähkö sähköksi. vaihtovirta tai päinvastoin; järjestelmissä käytettävät mikrokoneet automaattinen säätö, mittaus- ja laskentalaitteissa antureina (esim. nopeusanturit) jne.

Sähköteollisuus valmistaa koneita...
tasavirta eri teholla ja jännitteellä. Perinteisesti ne voidaan jakaa seuraaviin tehoryhmiin:

1) mikrokoneet, joiden teho mitataan watin murto-osista 500 wattiin;

2) pienitehoiset koneet - 0,5 ÷ 10 kW;

3) keskitehoiset koneet - 10 - useita satoja kilowatteja;

4) suuritehoiset koneet - yli useita satoja kilowatteja.

Tasavirtakoneiden jännite vaihtelee ajoneuvoissa käytettävien 6-12 V:sta radioasennuksissa käytettävien 30 kV:iin.

Tasavirtakoneet, joiden teho on jopa 200 kW jännitteellä 110-440 V ja pyörimisnopeus 550-2870 rpm, ovat erittäin hyödyllisiä. Mikrokoneiden nopeudet ovat muutamasta kierroksesta 30 000 kierrokseen minuutissa.

Teollisuudessa, liikenteessä ja maataloudessa eniten käytetyt sähkömoottorit. Generaattorit ovat käytössä viestintälaitteiden, radiolaitteistojen jne. Viime vuosina edullisempia ja helppokäyttöisempiä staattisia puolijohdemuuntimia on käytetty yhä enemmän tasavirtalähteinä.

Generaattorin toiminta perustuu sähkömagneettisen induktion lain käyttöön, jonka mukaan magneettikentässä liikkuvassa johtimessa ja magneettivuon ylittäessä indusoituu EMF.

Yksi tasavirtakoneen pääosista on magneettipiiri, jonka läpi magneettivuo sulkeutuu. Tasavirtakoneen magneettipiiri koostuu kiinteästä osasta - staattori 1 ja pyörivä osa roottori 4. Staattori on teräskotelo, johon on kiinnitetty muita koneen osia, mukaan lukien magneettiset navat. 2. Magneettisiin napoihin on asennettu herätekäämi 3, tasavirralla ja luomalla päämagneettivuo F 0.

Koneen roottori on koottu meistetyistä teräslevyistä, joiden kehällä on uria ja reikiä akselia ja tuuletusta varten. . Urissa 5 roottori on asennettu toimiva käämitys DC-koneet, eli käämi, jossa päämagneettivuo aiheuttaa EMF:n. Tätä käämitystä kutsutaan ankkurikäämitys(Siksi DC-koneen roottoria kutsutaan yleisesti ankkuriksi).

Kestomagneetin navat muodostavat magneettivuon. Kuvitellaan, että ankkurikäämi koostuu yhdestä kierrosta, jonka päät on kiinnitetty erilaisiin toisistaan ​​eristettyihin puolirenkaisiin. Nämä puoliympyrät muodostuvat keräilijä, joka pyörii ankkurikäämin käämin mukana. Samalla kiinteät harjat liukuvat kerääjää pitkin.

Kun kela pyörii magneettikentässä, siihen indusoituu e. d. s

missä AT - magneettinen induktio; l- johtimen pituus; v- sen linjan nopeus.

Kun käämin taso osuu napojen keskiviivan tason kanssa (kela sijaitsee pystysuorassa), johtimet ylittävät maksimimagneettivuon ja niissä indusoituu suurin EMF-arvo. Kun kela on vaaka-asennossa, johtimien EMF on nolla.

EMF:n suunta johtimessa määräytyy oikean käden säännöllä. Kun käämin pyörimisen aikana johdin kulkee toisen navan alta, siinä olevan EMF:n suunta muuttuu päinvastaiseksi. Mutta koska keräilijä pyörii kelan mukana ja harjat ovat paikallaan, pohjoisnavan alla oleva johdin on aina kytketty ylempään harjaan, jonka EMF on suunnattu poispäin harjasta. Tämän seurauksena harjojen napaisuus pysyy muuttumattomana ja pysyy siksi muuttumattomana harjojen EMF:n suunnassa - e u.

Vaikka yksinkertaisimman tasavirtageneraattorin EMF on suunnaltaan vakio, sen arvo muuttuu ottamalla kaksi kertaa maksimi- ja kaksi kertaa nolla-arvot kelan yhdellä kierroksella. Näin suurella aaltoilulla varustettu EMF ei sovellu useimpiin DC-vastaanottimiin, eikä sitä sanan varsinaisessa merkityksessä voida kutsua vakioksi.

Aaltoilun vähentämiseksi DC-generaattorin ankkurikäämitys on tehty suuresta määrästä kierroksia (käämejä), ja kollektori on valmistettu suuresta määrästä toisistaan ​​eristettyjä keräinlevyjä. Tämän seurauksena ankkurikäämin EMF-aaltoisuus vähenee. Kierrosten ja kollektorilevyjen määrän kasvaessa on mahdollista saada ankkurikäämin lähes vakio EMF.

tutustu laitteeseen toimintaperiaate, DC-generaattorin päätoimintatilat riippumattomalla herätyksellä;

hankkia käytännön taitoja tasavirtageneraattorin käynnistämiseen, käyttöön ja pysäyttämiseen;

vahvistaa kokeellisesti teoreettiset tiedot DC-generaattorin ominaisuuksista.

Teoreettiset perussäännökset

DC-sähkökoneet voivat toimia sekä generaattoritilassa että moottoritilassa, ts. niillä on palautuvuusominaisuus.

DC generaattori - se on sähköinen kone, joka on suunniteltu muuttamaan mekaanista energiaa tasavirtasähköenergiaksi.

DC moottori- sähkökone, joka on suunniteltu muuttamaan tasavirtasähköenergiaa mekaaniseksi energiaksi.

Yleinen muoto sähkökone DC on esitetty kuvassa. yksi.

DC-sähkökoneen laite

Kuten mikä tahansa muu sähkökone, DC-kone koostuu kiinteästä osasta - staattori ja pyörivä osa - roottori 1, joka suorittaa toiminnon ankkurit, koska sen käämeissä indusoituu EMF.

Koneen staattorissa on virityskäämi, joka luo tarvittavan magneettivuon F. Staattori koostuu sylinterimäisestä kehyksestä 2 (valuteräs, teräsputki tai hitsattu teräslevy), joihin kiinnitetään 3 päänapaa ja 4 lisänapaa virityskäämeillä. Staattorin päistä suljetaan laakerikilvet 5. Niihin puristetaan laakerit ja vahvistetaan harjan kulkua harjoilla 6.

Ankkuri koostuu sylinterimäisestä paketista (kuvassa lakatuista sähköteräslevyistä pyörrevirtojen vähentämiseksi). Ankkurin sydämen uriin asetetaan käämi, joka on yhdistetty keräilijä 7; kaikki tämä on kiinnitetty ankkuriakseliin.

Toimintaperiaate

Yksinkertaisin sähkökone voidaan esittää magneettikentässä pyörivänä kelana (kuva 2, a,b). Kelan päät tuodaan ulos kahdelle keräyslevylle. Kiinteät harjat painetaan kollektorilevyjä vasten, joihin on kytketty ulkoinen piiri.

Sähkökoneen toimintaperiaate perustuu sähkömagneettisen induktion ilmiöön. Harkitse sähkökoneen toimintaperiaatetta generaattoritilassa. Anna kelaa käyttää ulkoinen käyttömoottori (PD). Kela ylittää magneettikentän ja sähkömagneettisen induktion lain mukaan siihen indusoituu muuttuva EMF , jonka suunta määräytyy oikean käden säännön mukaan. Jos ulkoinen piiri on suljettu, sen läpi kulkee virta, joka ohjataan alemmasta harjasta kuluttajalle ja siitä ylempään harjaan. Alaharja osoittautuu generaattorin positiiviseksi napaksi ja yläharja negatiiviseksi. Kun kelaa käännetään 180 0, johtimet yhden navan vyöhykkeeltä kulkevat toisen navan vyöhykkeelle ja niissä olevan EMF:n suunta muuttuu päinvastaiseksi. Samanaikaisesti ylempi keruulevy koskettaa alemman harjan kanssa ja alempi levy ylemmän harjan kanssa, ulkoisen piirin virran suunta ei muutu. Siten kollektorilevyt eivät ainoastaan ​​muodosta yhteyttä pyörivän kelan ja ulkoisen piirin välille, vaan toimivat myös kytkinlaitteena, ts. ovat yksinkertaisin mekaaninen tasasuuntaaja.

Tasavirtageneraattorin aaltoilun vähentämiseksi yhden kelan sijasta ankkurikehän ympärille sijoitetaan useita tasaisin välein olevia käämiä, jotka muodostavat ankkurikäämin, ja ne on kytketty kollektoriin, joka koostuu suuremmasta määrästä segmenttejä EMF:n napaisuuden muuttamiseksi. . Siksi EMF harjan napojen välisessä piirissä ei pulsoi niin paljon, ts. osoittautuu lähes vakioksi.

Tälle vakiolle EMF:lle lauseke on voimassa

E=Kanssa 1 Фn,

missä Kanssa 1 - kerroin riippuen ankkurin rakenneosista ja sähkökoneen napojen lukumäärästä; F- magneettinen virtaus; n- ankkurin pyörimistaajuus.

Kun kone toimii generaattoritilassa, virta kulkee suljetun ulkoisen piirin ja ankkurikäämin kelan läpi minä = minä i, jonka suunta on sama kuin EMF:n suunta (katso kuva 2, b). Ampèren lain mukaan virran vuorovaikutus i ja magneettikenttä AT luo voimaa f, joka on kohtisuorassa AT ja i. Pakota suunta f määräytyy vasemman käden säännön mukaan: voima vaikuttaa ylempään johtimeen vasemmalle, alempaan oikealle. Tämä voimapari luo vääntömomentin M vr, suunnattu tässä tapauksessa vastapäivään ja yhtä suuri kuin

M=Kanssa 2 Fminä minä

Tämä vääntömomentti vastustaa käyttömomenttia, ts. on jarrutushetki.

ankkurivirta minä minä aiheuttaa ankkurin käämityksen vastuksen kanssa R minä Jännitteen putoaminen R minä minä minä , siis kuormitettuna jännite U harjojen päätelmissä se osoittautuu vähemmän kuin EMF, nimittäin

U = E – R minä minä minä

Generaattorit ovat sähkökoneita, jotka muuttavat mekaanista energiaa sähköenergiaksi. Sähkögeneraattorin toimintaperiaate perustuu sähkömagneettisen induktion ilmiön käyttöön, joka on seuraava. Jos johdinta liikutetaan kestomagneetin magneettikentässä siten, että se ylittää magneettivuon, sähkömotorinen voima(emf), jota kutsutaan emf-induktioksi (Induktio latinan sanasta inductio - opastus, motivaatio) tai indusoitu emf. Sähkömotorinen voima esiintyy myös, kun johdin pysyy paikallaan ja magneetti liikkuu. Indusoituneen emf:n esiintymisen ilmiö. johtimessa kutsutaan sähkömagneettiseksi induktioksi. Jos johdin, jossa emf indusoituu, sisältyy suljettuun virtapiiri, sitten emf:n vaikutuksesta. Piirin läpi kulkee virta, jota kutsutaan indusoiduksi virraksi.
Kokeellisesti on todettu, että johtimessa magneettikentässä liikkuessa esiintyvän indusoidun emf:n suuruus kasvaa magneettikentän induktion, johtimen pituuden ja sen liikkeen nopeuden kasvaessa. Indusoitu emf tapahtuu vain, kun johdin ylittää magneettikentän. Kun johdin liikkuu magneettia pitkin voimalinjat emf se ei ole indusoitunut. Indusoidun emf:n suunta. ja virta on helpoin määrittää oikean käden säännöllä (kuva 1): jos oikean käden kämmenestä pidetään kiinni niin, että magneettikenttäviivat tulevat siihen, taivutettu peukalo näyttäisi johtimen liikesuunnan, sitten jäljellä olevat ojennetut sormet osoittavat indusoituneiden e. d.s. ja virran suunta johtimessa. Magneettikenttäviivat suunnataan magneetin pohjoisnavasta etelään.

Riisi. 1. Indusoidun emf:n suunnan määrittäminen. oikean käden sääntö

Kun on yleinen käsitys sähkömagneettisesta induktiosta, tarkastellaan yksinkertaisimman generaattorin toimintaperiaatetta (kuva 2). Kuparilangasta tehdyn kehyksen muodossa oleva johdin kiinnitetään akselille ja asetetaan magneettikenttään. Kehyksen päät on kiinnitetty toisen renkaan kahteen puolikkaaseen (puolirenkaaseen), jotka on eristetty toisistaan. Kosketuslevyt (harjat) liukuvat tällä renkaalla. Tällaista rengasta, joka koostuu eristetyistä puolirenkaista, kutsutaan keräilijäksi ja jokaista puolirengasta kutsutaan keräyslevyksi. Kerääjän harjat on järjestettävä siten, että kehyksen pyöriessä ne siirtyvät samanaikaisesti puolirenkaasta toiseen juuri silloin, kun kehyksen kummallekin puolelle indusoituva emf on nolla, eli kun kehys ohittaa sen vaakasuora asento.

Riisi. 2. Yksinkertaisin DC-generaattori

Kerääjän avulla silmukkaan indusoituva muuttuva emf tasataan ja ulkoiseen piiriin luodaan tasasuuntainen virta.
Kytkemällä kosketinlevyihin ulkoinen piiri sähköisellä mittauslaitteella, joka määrittää indusoituneen virran suuruuden, varmistamme, että kyseessä oleva laite on todellakin tasavirtageneraattori.
Milloin tahansa t e.m.f. Rungon työpuolelle L muodostuva E (kuva 3) on vastakkainen työpuolelle B muodostuvan emf:n suunnassa. Emf:n suunta. kehyksen molemmilla puolilla on helppo määrittää oikean käden säännöllä. Koko kehyksen indusoima emf on yhtä suuri kuin sen kullakin työpuolella esiintyvän emf:n summa. Kehyksen emf-arvo muuttuu jatkuvasti. Kun kehys lähestyy pystysuoraa asentoaan, johtimien 1 sekunnissa ylittämien voimalinjojen määrä on suurin ja runkoon indusoituu suurin emf. Kun kehys ohittaa vaaka-asennon, sen työsivut liukuvat voimalinjoja pitkin ylittämättä niitä, ja emf. ei ole indusoitunut. Kehyksen sivun B liikkeen aikana magneetin etelänapaan (kuva 3, a, b) siinä oleva virta suuntautuu meitä kohti. Tämä virta kulkee puolirenkaan, harjan 2, läpi, mittauslaite harjaan / rungon A-puolelle. Silmukan tällä puolella virta indusoituu meistä poispäin. Hänen suurin arvo emf rungossa ulottuu, kun sen sivut sijaitsevat suoraan pylväiden alla (kuva 3, b).

Riisi. 3. Tasavirtageneraattorin kaavio

Kehystä edelleen pyöritettäessä emf pienenee siinä ja neljänneksen kierroksen jälkeen tulee nollaksi (kuva 3, c). Tällä hetkellä harjat siirtyvät puolirenkaalta toiseen. Näin ollen rungon ensimmäisen puolikierroksen aikana kumpikin kommutaattorin puolirengas oli kosketuksessa vain yhden harjan kanssa. Virta kulki ulkoisen piirin läpi yhteen suuntaan harjasta 2 harjaan 1. Jatkamme rungon pyörittämistä. Kehyksen sähkömotorinen voima alkaa taas kasvaa, koska sen työpuolet ylittävät magneettiset voimalinjat. Kuitenkin suunta emf kääntyy, koska johtimet kulkevat magneettivuon läpi vastakkaiseen suuntaan. Kehyksen A-puolelle indusoitunut virta on nyt suunnattu meitä kohti. Mutta koska runko pyörii yhdessä kollektorin kanssa, rungon sivulle A kytketty puolirengas ei nyt kosketa harjaa 1, vaan harjaa 2 (kuva 3, d) ja virta kulkee sen läpi. ulkoinen piiri samaan suuntaan kuin kierroksen ensimmäisen puoliskon aikana. Siksi kollektori tasasuuntaa virran, eli varmistaa indusoidun virran kulkemisen ulkoisessa piirissä yhteen suuntaan. Kierroksen viimeisen neljänneksen lopussa (kuva 3, e) kehys palaa alkuperäiseen asentoonsa (katso kuva 3, a), minkä jälkeen koko piirin virranmuutosprosessi toistetaan.
Siten harjojen 2 ja 1 välillä toimii vakio emf ja virta ulkoisen piirin läpi kulkee aina yhteen suuntaan - harjasta 2 harjaan 1. Vaikka tämä virta pysyy suunnassa vakiona, sen suuruus vaihtelee, t e. sykkii. Tällaista virtaa on käytännössä vaikea käyttää.
Mieti, kuinka saat virran pienellä aaltoilulla, eli virran, jonka arvo muuttuu vähän generaattorin toiminnan aikana. Kuvittele generaattori, joka koostuu kahdesta käämistä, jotka sijaitsevat kohtisuorassa toisiaan vastaan ​​(kuva 4). Jokaisen kierroksen alku ja loppu on kytketty kollektoriin, joka koostuu nyt neljästä keräinlevystä.

Kuva 4. DC-generaattori kahdella kierroksella

Kun nämä käännökset pyörivät magneettikentässä, niissä syntyy emf. Kuitenkin emfs indusoitui joka käänteessä saavuttavat nolla- ja maksimiarvonsa eivät samaan aikaan, vaan myöhemmin toisensa ajaksi, joka vastaa kierrosten kiertoa neljänneksellä täyden kierroksen eli 90°. Kuvassa 4 esitetyssä asennossa kelassa 1 syntyy maksimi emf, joka on yhtä suuri kuin Emach. Kelassa 2 e. d.s. ei indusoitu, koska sen työsivut liukuvat magneettisia voimalinjoja pitkin ylittämättä niitä. Käännösten emf-arvot on esitetty kuvassa 5. Kun kelat kääntyvät, kelan 1 emf pienenee. Kun käännökset kääntyvät 1/8 kierrosta, emf. käännös 1 on yhtä suuri kuin Emin. Tällä hetkellä harjat siirtyvät käämiin 2 liitettyyn toiseen keräinlevypariin. Käämi 2 on jo kääntynyt 1/8 kierrosta, ylittää magneettiset voimalinjat ja indusoituu saman arvon Emach vastaava emf. se. Käännösten käänteessä emf käännös 2 kasvaa maksimiarvoon Emakh. Siten harjat liitetään aina keloihin, joissa emf indusoidaan arvolla Emin - Emax.

Kuva 5. Kaksikierrosgeneraattorin sähkömotorisen voiman pulsaatiokäyrät

Virta generaattorin ulkoisessa piirissä syntyy kokonaisemf:n toiminnan seurauksena. Siksi se virtaa jatkuvasti ja vain yhteen suuntaan. Virta, kuten ennenkin, sykkii, mutta aaltoilu on paljon pienempi kuin yhdellä kierrolla, koska emf. generaattori ei putoa nollaan.
Lisäämällä generaattorin johtimien (kierrosten) lukumäärää ja vastaavasti kollektorilevyjen lukumäärää on mahdollista saada virran aaltoilu hyvin pieneksi, eli virta muuttuu suuruudeltaan lähes vakioksi. Esimerkiksi jo 20 keruulevyllä emf-vaihtelut generaattori ei ylitä 1 % keskiarvosta. Ulkoisessa piirissä saamme virran, jonka suuruus on käytännössä vakio.
Samalla on helppo havaita, että kuvan 4 generaattorilla on myös erittäin merkittävä haittapuoli. Kulloinkin ulkoinen piiri on kytketty harjojen avulla vain yhteen generaattorin kierrokseen. Toista kierrosta samaan aikaan ei käytetä ollenkaan. Yhdellä kierroksella indusoituva sähkömoottorivoima on hyvin pieni, mikä tarkoittaa, että myös generaattorin teho on pieni.
Kaikkien kierrosten jatkuvaa käyttöä varten ne on kytketty toisiinsa sarjaan. Samaa tarkoitusta varten keräinlevyjen lukumäärä vähennetään käämityskierrosten lukumäärään. Käämityksen ensimmäisen kierroksen pää ja seuraavan kierroksen alku on kiinnitetty jokaiseen keräinlevyyn. Käännökset ovat tässä tapauksessa sarjaan kytkettyjä lähteitä sähkövirta ja muodostavat generaattorin ankkurikäämin. Nyt generaattorin sähkömotorinen voima on yhtä suuri kuin harjojen väliin kytketyissä käännöksissä indusoituneiden emfs:ien summa. Sarjaportin lisäksi käämityskierrosten kytkemiseen on muitakin järjestelmiä. Kierrosten määrä otetaan riittävän suureksi vaaditun emf-arvon saamiseksi. generaattori. Siksi dieselsähkökoneiden keräilijät saadaan suurella määrällä levyjä.
Siten käämin suuren kierrosluvun ansiosta on mahdollista paitsi tasoittaa jännitteen ja virran aaltoilua, myös lisätä generaattorin indusoiman emf:n arvoa.
Yllä tarkasteltiin sähkögeneraattoria, joka koostuu kestomagneeteista ja yhdestä tai useammasta kierrosta, joissa virtaa esiintyy. Käytännön tarkoituksiin tällaiset generaattorit eivät sovellu, koska niistä on mahdotonta saada suurta tehoa. Tämä selittyy sillä, että kestomagneetin luoma magneettivuo on hyvin pieni. Lisäksi napojen välinen tila luo merkittävän vastuksen magneettivuolle. Magneettivuo heikkenee entisestään. Siksi tehokkaissa generaattoreissa, joihin kuuluu dieselgeneraattoreita, käytetään sähkömagneetteja, jotka luovat voimakkaan magneettisen viritysvuon (kuva 6). Generaattorin magneettipiirin magneettisen vastuksen vähentämiseksi käämin kierrokset asetetaan terässylinterille, joka täyttää melkein koko napojen välisen tilan.
Tätä sylinteriä, jossa on käämi ja siihen sijoitettu kollektori, kutsutaan generaattorin ankkuriksi.

Riisi. 6. Kaavio generaattorista, jossa on sähkömagneettinen herätejärjestelmä ja massiivinen teräsankkuri

Generaattorin virityskäämi on sijoitettu päänapojen ytimiin. Kun virta kulkee sen läpi, syntyy magneettikenttä, jota kutsutaan päänapojen kenttään. Generaattorin avoimessa ulkoisessa piirissä magneettikenttälinjat sijaitsevat navoissa ja ankkuroituvat symmetrisesti pystyakseliin nähden (kuva 7, a). Ymmärtääksemme sähkökoneen toiminnan piirteitä otamme käyttöön geometristen ja fyysisten neutraalien käsitteet.
Geometrinen neutraali on viiva, joka on vedetty ankkurin keskustan läpi kohtisuoraan vastakkaisten napojen akseliin nähden (vaakaviiva 01-01). Fyysinen neutraali on ehdollinen viiva, joka erottaa pohjois- ja etelänavan vaikutusalueet ankkurikäämitykseen ja kulkee kohtisuorassa sähkökoneen magneettivuon suuntaan.
Käämijohtimessa, joka ankkurin pyöriessä kulkee fyysisen nollan läpi, emf. ei indusoidu, koska tällainen johdin liukuu pitkin magneettikenttälinjoja ylittämättä niitä. Virran puuttuessa ankkurissa (katso kuva 7, a) fyysinen neutraali n-n yhtyy geometriseen neutraaliin.

Kuva 7. ankkurireaktio.
a on päänapojen magneettivuo; b - ankkurikäämin luoma magneettivuo; c on ladatun generaattorin kokonaismagneettivuo

Kun sähkökoneen ulkoinen piiri on suljettu, virta kulkee myös ankkurikäämin läpi. Tässä tapauksessa koko ankkuri on voimakas sähkömagneetti, joka koostuu teräsytimestä ja käämistä, jonka läpi virta kulkee. Siksi ladatussa generaattorissa on napavuon lisäksi toinen magneettivuo, jota kutsutaan ankkurivuoksi (kuva 7, b). Ankkurin magneettivuo on suunnattu kohtisuoraan päänapojen vuon suhteen. Molemmat magneettivuot asettuvat päällekkäin ja muodostavat kokonais- tai tuloksena olevan kentän, kuten kuvassa 7, c. Generaattorin magneettikentän suunta ankkurikentän vaikutuksesta siirtyy ankkurin pyörimissuuntaan. Myös fyysistä neutraalia siirretään samaan suuntaan, joka on tässä tapauksessa n1-n1.
Ankkurin magneettikentän vaikutusta napojen kenttään kutsutaan ankkurireaktioksi. Ankkurireaktio vaikuttaa haitallisesti generaattorin toimintaan. Harjat M-M sähkökoneen on aina asennettava fyysisen nollan suuntaan. Siksi generaattorin harjat on siirrettävä geometriseen neutraaliin nähden tietyllä kulmalla P (kuva 7, c), koska muuten harjojen ja kollektorin väliin syntyy voimakasta kipinöintiä. Kipinöinti aiheuttaa kommutaattorin ja harjojen pinnan palamisen ja poistaa ne käytöstä. Mitä suurempi ankkurivirta on, sitä voimakkaampi ankkurireaktio, sitä suurempi kulma on tarpeen siirtää harjoja. Dieselgeneraattorin kuormituksen säännöllisissä muutoksissa sen harjojen asentoa täytyisi muuttaa lähes jatkuvasti.
Ankkurin reaktio ei vain siirrä päänapojen magneettikenttää, vaan myös heikentää sitä osittain, mikä johtaa generaattorin indusoiman e:n laskuun. d.s.
Generaattorien ankkurireaktion heikentämiseksi pääpylväiden väliin asennetaan lisäpylväitä ja joskus samaa tarkoitusta varten pääpylväiden napakappaleisiin sijoitetaan kompensointikäämi. Lisänavat luovat ylimääräisen magneettikentän, joka suuntautuu ankkurikenttää kohti harja-asennusalueilla, minkä seurauksena sen vaikutus neutraloituu (kuva 8).

Riisi. 8. Generaattoripiiri lisänapoilla

Lisänapojen positiivinen vaikutus generaattorin toimintaan ei kuitenkaan rajoitu tähän. Generaattorin nollan läpi kulkemisen jälkeen virran suunta jokaisessa käämin kierrossa (katso kuva 7) muuttuu hyvin nopeasti päinvastaiseksi. Nolla-asennossa kela oikosuljetaan harjojen takia. Tällaista käännettä kutsutaan työmatkaksi (commutaatio latinan sanasta commutatio - muutos, muutos). Ankkurin käämin kytkentäkäännöksissä (osissa) virran suunnan erittäin nopean muutoksen vuoksi syntyy melko suuri emf. itseinduktio ja keskinäinen induktio, jota kutsutaan reaktiiviseksi emf:ksi. Tämä emf kytkentäosissa tehostuu ankkurin magneettivuon vaikutuksesta, jonka ne ylittävät. Reaktiivisen emf:n toiminta. aiheuttaa voimakasta kipinöintiä harjoissa. Lisänavat lasketaan siten, että niiden magneettivuo on jonkin verran suurempi kuin ankkurin magneettivuo. Tästä johtuen kytkentäosioihin indusoituu ylimääräinen emf. Uusi emf sen suunta on päinvastainen kuin reaktiivinen emf, ja se sammuttaa sen estäen voimakkaan kipinän.
Ankkurin magneettikenttä muuttuu generaattorin kuorman (virran) muutoksen myötä, joten sen neutraloimiseksi on tarpeen muuttaa kompensointilaitteiden kenttää. Lisänapojen käämitys on kytketty sarjaan ankkurikäämin kanssa ja koko ankkurivirta kulkee sen läpi. Generaattorin virran kasvaessa armatuurin magneettivuo kasvaa, mutta samalla sitä kompensoivien lisänapojen magneettivuo kasvaa.
Kompensointikäämitys mahdollistaa magneettivuon jakautumisen edelleen parantamisen sähkökoneessa. Kuvasta 7 on siis helppo nähdä, että ankkurireaktion vaikutuksesta päänapojen magneettivuo muuttuu epätasaiseksi - navan toisella puolella se kasvaa ja toisella heikkenee. Tämä johtaa ankkurikäämin epätasaiseen kuormitukseen, jotkin kierrokset ylikuormituvat ja harjojen käyttöolosuhteet heikkenevät.
Päänapoihin sijoitetun kompensoivan käämin avulla eliminoidaan magneettivuon vääristymä suoraan päänapojen alapuolella. Lisänapojen ja kompensointikäämin samanaikainen käyttö vaikeuttaa kuitenkin suuresti sähkökoneiden suunnittelua. Jos on mahdollista suorittaa sähkökoneen tyydyttävä toiminta lisänapojen avulla, he yrittävät olla käyttämättä kompensointikäämiä. Kompensointikäämit löydetty käytännön käyttöä vain tehokkaissa sähkökoneissa.

Seuraavissa kuvissa G-21-generaattori 12 V, 0,22 kW, 1450 -7000 rpm.