§ 105. DISPOSITIVO DI UN GENERATORE DC

Parte fissa nelle macchine corrente continuaè induttivo, cioè crea un campo magnetico e la parte rotante è induttiva (armatura).

La parte fissa della macchina (Fig. 134, a) è costituita da poli principali 1, poli aggiuntivi 2 e telaio 3. Il polo principale (Fig. 134, b) è un elettromagnete che crea un flusso magnetico. È costituito da un nucleo 4, un avvolgimento di eccitazione 7 e un'espansione polare 8. I poli sono montati sul telaio 6 con un bullone 5. Il nucleo del palo è fuso in acciaio e ha una sezione trasversale ovale. Sul nucleo del palo è segnata la bobina di eccitazione, avvolta da filo di rame isolato. Le bobine di tutti i poli sono collegate in serie, formando un avvolgimento di eccitazione. La corrente che scorre attraverso l'avvolgimento di eccitazione crea un flusso magnetico. L'espansione polare trattiene l'avvolgimento di campo sul palo e garantisce una distribuzione uniforme campo magnetico sotto il palo. L'espansione polare è sagomata in modo tale che il traferro tra i poli e l'armatura sia lo stesso lungo l'intera lunghezza dell'arco polare. I pali aggiuntivi hanno anche un nucleo e un avvolgimento.

I pali aggiuntivi sono installati nei punti centrali tra i pali principali e il loro numero può essere uguale al numero dei pali principali o la metà. I poli aggiuntivi sono installati in macchine di alta potenza e servono per eliminare le scintille sotto le spazzole. Nelle macchine a bassa potenza, di solito non ci sono poli aggiuntivi.

Il telaio è in acciaio fuso ed è l'ossatura della macchina, al quale sono fissati i pali principale e quelli aggiuntivi, nonché le protezioni laterali con cuscinetti che trattengono l'albero della macchina sui lati terminali. Con l'aiuto del telaio, la macchina è fissata alla fondazione.

La parte rotante della macchina (ancora) (Fig. 135, a) è costituita da un nucleo 1, un avvolgimento 2 e un collettore 3. Il nucleo dell'armatura è un cilindro assemblato da fogli di acciaio elettrico. I fogli sono isolati l'uno dall'altro con vernice o carta per ridurre le perdite di correnti parassite. Le lamiere di acciaio vengono stampate sulle macchine secondo un modello; hanno scanalature in cui sono posati i conduttori dell'avvolgimento dell'indotto. I canali dell'aria sono realizzati nel corpo dell'indotto per raffreddare l'avvolgimento e il nucleo dell'indotto.

L'avvolgimento dell'indotto è in rame filo isolato o da barre di rame di sezione rettangolare. È costituito da profilati realizzati su apposite dime e adagiati nelle scanalature del nucleo dell'ancora. La sezione a giro singolo è costituita da due fili attivi collegati tra loro.

Le sezioni possono avere non uno, ma molti turni. Tali sezioni sono chiamate multigiro. L'avvolgimento è accuratamente isolato dal nucleo e fissato nelle scanalature con cunei di legno. I collegamenti frontali sono rinforzati con bende in acciaio. Tutte le sezioni dell'avvolgimento poste sull'armatura sono interconnesse in serie, formando un circuito chiuso. I fili che collegano due sezioni che si susseguono secondo lo schema di avvolgimento sono fissati alle piastre del collettore.

Il collettore è un cilindro costituito da singole piastre. Le piastre collettrici sono realizzate in rame trafilato e isolate tra loro e dal corpo con guarnizioni in micanite. Per il montaggio sul manicotto, le piastre collettrici hanno la forma di una coda di rondine, che viene serrata tra la sporgenza sul manicotto e la rondella, sagomata per adattarsi alla forma della piastra. La rondella è imbullonata alla boccola.

Il collettore è la parte più complessa in termini di progettazione e la parte più critica della macchina in funzione. La superficie del collettore deve essere rigorosamente cilindrica per evitare battimenti e scintille delle spazzole.

Per collegare l'avvolgimento dell'indotto al circuito esterno, sul collettore vengono poste delle spazzole fisse che possono essere in grafite, carbon-grafite o bronzo-grafite. Nelle macchine ad alta tensione vengono utilizzate spazzole in grafite, che hanno una grande resistenza di contatto tra la spazzola e il collettore, nelle macchine a bassa tensione vengono utilizzate spazzole in bronzo-grafite. Le spazzole sono collocate in appositi portaspazzole (Fig. 135, b). La spazzola 4, posta nel portaspazzole, viene premuta contro il raccoglitore dalla molla 5. Ogni portaspazzole può avere più spazzole collegate in parallelo.

I portaspazzole sono montati su bulloni-perni delle spazzole, che a loro volta sono fissati sulla traversa. Per il fissaggio sul dito dello spazzolino, il portaspazzole ha un foro.

Le dita della spazzola sono isolate dalla traversa mediante rondelle isolanti e boccole. Il numero di portaspazzole è solitamente uguale al numero di poli.

La traversa è montata su uno scudo portante in macchine di piccola e media potenza o fissata al telaio in macchine di grande potenza. La traversa può essere ruotata e quindi modificare la posizione delle spazzole rispetto ai pali.

Di solito la traversa è installata in una posizione in cui la posizione delle spazzole nello spazio coincide con la posizione dei punti medi dei pali principali.

Macchine elettriche in corrente continua

Le macchine elettriche DC in base al loro scopo sono suddivise in generatori elettrici(o solo generatori) che trasformano energia meccanica in elettrico a tensione costante (i generatori sono fonti di energia elettrica), e motori elettrici(motori elettrici) che convertono energia elettrica corrente continua in energia meccanica. Questa energia meccanica viene utilizzata per far ruotare qualsiasi attuatore (macchina, argano, ruote del tram, treni elettrici, ecc.).

Inoltre, ci sono alcuni tipi speciali di macchine, come le macchine progettate per convertire la corrente continua in elettricità. corrente alternata o vice versa; micromacchine utilizzate nei sistemi regolazione automatica, nei dispositivi di misurazione e calcolo come sensori (ad esempio sensori di velocità), ecc.

L'industria elettrica produce macchine ...
corrente continua di varia potenza e tensione. Convenzionalmente, possono essere suddivisi nei seguenti gruppi di potere:

1) micromacchine, la cui potenza è misurata da frazioni di watt a 500 W;

2) macchine a bassa potenza - 0,5 ÷ 10 kW;

3) macchine di media potenza - da 10 a diverse centinaia di kilowatt;

4) macchine ad alta potenza - oltre diverse centinaia di kilowatt.

La tensione delle macchine in corrente continua varia da 6-12 V per quelle utilizzate nei veicoli a 30 kV per quelle utilizzate negli impianti radio.

Le macchine DC con una potenza fino a 200 kW per una tensione di 110-440 V con una velocità di rotazione di 550-2870 rpm sono di grande utilità. Le micromacchine hanno velocità da pochi giri a 30.000 giri/min.

Nell'industria, nei trasporti e agricoltura motori elettrici più diffusi. I generatori sono utilizzati per alimentare dispositivi di comunicazione, installazioni radio, ecc. Negli ultimi anni, i convertitori a semiconduttore statici più economici e facili da usare sono stati sempre più utilizzati come sorgenti DC.

Il funzionamento del generatore si basa sull'uso della legge dell'induzione elettromagnetica, secondo la quale in un conduttore che si muove in un campo magnetico E attraversando il flusso magnetico, viene indotto un campo elettromagnetico.

Una delle parti principali di una macchina DC è il circuito magnetico, attraverso il quale si chiude il flusso magnetico. Il circuito magnetico di una macchina DC è costituito da una parte fissa - statore 1 e parte rotante rotore 4. Lo statore è una cassa in acciaio a cui sono fissate altre parti della macchina, compresi i poli magnetici. 2. Un avvolgimento di eccitazione è montato sui poli magnetici 3, alimentato da corrente continua e creando flusso magnetico principale F0.

Il rotore della macchina è assemblato da lamiere di acciaio stampate con scanalature attorno alla circonferenza e con fori per l'albero e la ventilazione. . Nei solchi 5 rotore è posato avvolgimento funzionante Macchine DC, cioè un avvolgimento in cui un EMF è indotto dal flusso magnetico principale. Questo avvolgimento è chiamato avvolgimento dell'indotto(pertanto, il rotore di una macchina DC è comunemente chiamato armatura).

I poli di un magnete permanente creano un flusso magnetico. Immaginiamo che l'avvolgimento dell'armatura sia costituito da un giro, le cui estremità sono attaccate a vari semianelli isolati l'uno dall'altro. Questi semicerchi si formano collettore, che ruota con la bobina dell'avvolgimento dell'indotto. Allo stesso tempo, le spazzole fisse scorrono lungo il collettore.

Quando una bobina ruota in un campo magnetico, in essa viene indotta una e. d.s

Dove IN - induzione magnetica; l- lunghezza del conduttore; v- la sua velocità di linea.

Quando il piano della bobina coincide con il piano della linea centrale dei poli (la bobina è posizionata verticalmente), i conduttori attraversano il flusso magnetico massimo e in essi viene indotto il valore EMF massimo. Quando la bobina occupa una posizione orizzontale, l'EMF nei conduttori è zero.

La direzione dell'EMF nel conduttore è determinata dalla regola della mano destra. Quando, durante la rotazione della bobina, il conduttore passa sotto l'altro polo, la direzione dell'EMF in esso cambia al contrario. Ma poiché il collettore ruota con la bobina e le spazzole sono fisse, un conduttore situato sotto il polo nord è sempre collegato alla spazzola superiore, la cui EMF è diretta lontano dalla spazzola. Di conseguenza, la polarità delle spazzole rimane invariata e quindi rimane invariata nella direzione dell'EMF sulle spazzole - Unione Europea.

Sebbene l'EMF del generatore CC più semplice sia costante nella direzione, cambia valore, assumendo due volte il valore massimo e due volte zero in un giro della bobina. L'EMF con un'ondulazione così ampia non è adatto per la maggior parte dei ricevitori DC e nel senso stretto del termine non può essere definito costante.

Per ridurre le ondulazioni, l'avvolgimento dell'armatura del generatore CC è costituito da un gran numero di spire (bobine) e il collettore è costituito da un gran numero di piastre collettrici isolate l'una dall'altra. Di conseguenza, l'ondulazione EMF dell'avvolgimento dell'armatura diminuisce. Con un aumento del numero di spire e piastre collettrici, è possibile ottenere un EMF quasi costante dell'avvolgimento dell'indotto.

familiarizzare con il dispositivo principio operativo, le principali modalità di funzionamento del generatore DC con eccitazione indipendente;

acquisire abilità pratiche nell'avvio, funzionamento e arresto di un generatore DC;

confermare sperimentalmente le informazioni teoriche sulle caratteristiche del generatore DC.

Disposizioni teoriche di base

Le macchine elettriche DC possono funzionare sia in modalità generatore che in modalità motore, ad es. hanno la proprietà di reversibilità.

generatore di corrente continua - è elettrico una macchina progettata per convertire l'energia meccanica in energia elettrica a corrente continua.

motore a corrente continua- una macchina elettrica progettata per convertire l'energia elettrica in corrente continua in energia meccanica.

Forma generale macchina elettrica DC è mostrato in fig. 1.

Il dispositivo della macchina elettrica DC

Come qualsiasi altra macchina elettrica, una macchina DC è costituita da una parte fissa - statore e parte rotante - rotore 1, svolgendo la funzione ancore, poiché EMF è indotto nei suoi avvolgimenti.

Nello statore della macchina è presente un avvolgimento di eccitazione che crea il flusso magnetico necessario F. Lo statore è costituito da un telaio cilindrico 2 (acciaio fuso, tubo d'acciaio o lamiera d'acciaio saldata), a cui sono fissati i 3 poli principali e gli ulteriori 4 poli con avvolgimenti di eccitazione. Dalle estremità dello statore, vengono chiusi gli scudi dei cuscinetti 5. I cuscinetti vengono premuti al loro interno e la spazzola trasversale con le spazzole 6 viene rinforzata.

L'armatura è costituita da un pacchetto cilindrico (fatto di lamiere laccate di acciaio elettrico per ridurre le correnti parassite). Un avvolgimento è posto nelle scanalature del nucleo dell'armatura, collegato a collettore 7; tutto questo è fissato sull'albero dell'indotto.

Principio operativo

La macchina elettrica più semplice può essere rappresentata come una bobina che ruota in un campo magnetico (Fig. 2, UN,B). Le estremità della bobina vengono portate su due piastre di raccolta. Le spazzole fisse vengono premute contro le piastre del collettore, alle quali è collegato un circuito esterno.

Il principio di funzionamento di una macchina elettrica si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Considera il principio di funzionamento di una macchina elettrica in modalità generatore. Lascia che la bobina sia azionata da un motore di azionamento esterno (PD). La bobina attraversa il campo magnetico e, secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, viene indotto un EMF variabile , la cui direzione è determinata dalla regola della mano destra. Se il circuito esterno è chiuso, attraverso di esso scorrerà una corrente, diretta dalla spazzola inferiore al consumatore e da essa alla spazzola superiore. La spazzola inferiore risulta essere il terminale positivo del generatore e la spazzola superiore risulta essere il negativo. Quando la bobina viene ruotata di 180 0, i conduttori dalla zona di un polo passano nella zona dell'altro polo e la direzione dell'EMF in essi cambierà al contrario. Allo stesso tempo, la piastra superiore del collettore viene a contatto con la spazzola inferiore e la piastra inferiore con la spazzola superiore, la direzione della corrente nel circuito esterno non cambia. Pertanto, le piastre collettrici non solo forniscono un collegamento tra la bobina rotante e il circuito esterno, ma fungono anche da dispositivo di commutazione, ad es. sono il raddrizzatore meccanico più semplice.

Per ridurre le increspature in un generatore CC, invece di una bobina, vengono posizionati diversi avvolgimenti equidistanti attorno alla circonferenza dell'armatura, che formano l'avvolgimento dell'armatura, e sono collegati a un collettore costituito da un numero maggiore di segmenti per cambiare la polarità dell'EMF . Pertanto, l'EMF nel circuito tra i terminali della spazzola non pulsa così tanto, ad es. risulta pressoché costante.

Per questa FEM costante, l'espressione è valida

E=Con 1 Фn,

Dove Con 1 - coefficiente dipendente dagli elementi strutturali dell'armatura e dal numero di poli della macchina elettrica; F- flusso magnetico; N- frequenza di rotazione dell'armatura.

Quando la macchina funziona in modalità generatore, una corrente scorre attraverso un circuito esterno chiuso e una bobina dell'avvolgimento dell'indotto io = IO i, la cui direzione coincide con la direzione dell'EMF (vedi Fig. 2, B). Secondo la legge di Ampère, l'interazione della corrente io e campo magnetico IN crea forza F, che è perpendicolare a IN E io. Direzione della forza Fè determinato dalla regola della mano sinistra: la forza agisce sul conduttore superiore a sinistra, su quello inferiore a destra. Questa coppia di forze crea una coppia M ver, diretto in questo caso in senso antiorario e uguale a

M=Con 2 FIO IO.

Questa coppia contrasta la coppia motrice, cioè è il momento frenante.

corrente di armatura IO IO cause nell'avvolgimento dell'indotto con resistenza R IO caduta di tensione R IO IO IO , quindi sotto carico la tensione U alle conclusioni dei pennelli risulta meno di campi elettromagnetici, vale a dire

U = E – R IO IO IO.

I generatori sono macchine elettriche che convertono l'energia meccanica in energia elettrica. Il principio di funzionamento di un generatore elettrico si basa sull'utilizzo del fenomeno dell'induzione elettromagnetica, che è il seguente. Se il conduttore viene spostato nel campo magnetico di un magnete permanente in modo che attraversi il flusso magnetico, allora a forza elettromotiva(emf), chiamato induzione fem (Induzione dalla parola latina inductio - guida, motivazione) o fem indotta. Una forza elettromotrice si verifica anche quando il conduttore rimane fermo e il magnete si muove. Il fenomeno del verificarsi di fem indotta. in un conduttore si chiama induzione elettromagnetica. Se il conduttore in cui viene indotta la fem è incluso in un circuito chiuso circuito elettrico, quindi sotto l'azione di emf. Una corrente fluirà attraverso il circuito, chiamata corrente indotta.
È stato stabilito sperimentalmente che l'entità della fem indotta che si verifica nel conduttore quando si muove in un campo magnetico aumenta con un aumento dell'induzione del campo magnetico, della lunghezza del conduttore e della velocità del suo movimento. fem indotta avviene solo quando il conduttore attraversa il campo magnetico. Quando il conduttore si muove lungo il magnetico linee di forza fem non è indotto. La direzione della fem indotta. e la corrente è più facile da determinare con la regola della mano destra (Fig. 1): se il palmo della mano destra è tenuto in modo da includere le linee del campo magnetico del campo, il pollice piegato mostrerebbe la direzione del movimento di il conduttore, quindi le restanti dita estese indicheranno la direzione di azione dell'e.d.s. indotto. e la direzione della corrente nel conduttore. Le linee del campo magnetico sono dirette dal polo nord del magnete a sud.

Riso. 1. Determinazione della direzione della fem indotta. regola della mano destra

Avendo un'idea generale dell'induzione elettromagnetica, consideriamo il principio di funzionamento del generatore più semplice (Fig. 2). Il conduttore a forma di telaio in filo di rame è fissato su un asse e posto in un campo magnetico. Le estremità del telaio sono fissate a due metà (semianelli) di un anello isolate l'una dall'altra. Le piastre di contatto (spazzole) scorrono su questo anello. Tale anello, costituito da semianelli isolati, è chiamato collettore e ciascun semianello è chiamato piatto collettore. Le spazzole sul collettore devono essere disposte in modo tale che, quando il telaio ruota, passino contemporaneamente da un semianello all'altro proprio negli istanti in cui la fem indotta in ogni lato del telaio è nulla, cioè quando il telaio passa sua posizione orizzontale.

Riso. 2. Il generatore DC più semplice

Con l'aiuto di un collettore, la fem variabile indotta nel circuito viene rettificata e nel circuito esterno viene creata una corrente di direzione costante.
Collegando alle piastre di contatto un circuito esterno con un dispositivo di misurazione elettrica che fissa l'entità della corrente indotta, ci assicureremo che il dispositivo considerato sia effettivamente un generatore DC.
In qualsiasi momento t.e.m.f. E (Fig. 3), che sorge nel lato di lavoro L del telaio, è opposto nella direzione della fem che sorge nel lato di lavoro B. La direzione della fem. su ciascun lato del telaio è facile da determinare utilizzando la regola della mano destra. La fem indotta dall'intero frame è uguale alla somma della fem che si verifica in ciascuno dei suoi lati di lavoro. Il valore fem nel frame cambia continuamente. Nel momento in cui il telaio si avvicina alla sua posizione verticale, il numero di linee di forza attraversate dai conduttori in 1 s sarà il più grande e la fem massima viene indotta nel telaio. Quando il telaio supera la posizione orizzontale, i suoi lati di lavoro scorrono lungo le linee di forza senza attraversarle e la fem. non è indotto. Durante il movimento del lato B del telaio verso il polo sud del magnete (Fig. 3, a, b), la corrente in esso è diretta verso di noi. Questa corrente passa attraverso il semianello, spazzola 2, dispositivo di misurazione alla spazzola / al lato A del telaio. In questo lato del circuito, la corrente viene indotta lontano da noi. Il suo il maggior valore fem nel telaio raggiunge quando i suoi lati si trovano direttamente sotto i pali (Fig. 3, b).

Riso. 3. Lo schema del generatore DC

Con un'ulteriore rotazione del telaio, la fem diminuisce in esso e dopo un quarto di giro diventa uguale a zero (Fig. 3, c). In questo momento, i pennelli si spostano da un semianello all'altro. Così, durante il primo mezzo giro del telaio, ciascun semianello del collettore era a contatto con una sola spazzola. La corrente è passata attraverso il circuito esterno in una direzione dalla spazzola 2 alla spazzola 1. Continueremo a ruotare il telaio. La forza elettromotrice nel telaio ricomincia ad aumentare, poiché i suoi lati di lavoro attraverseranno le linee di forza magnetiche. Tuttavia, la direzione della fem si inverte perché i conduttori attraversano il flusso magnetico nella direzione opposta. La corrente indotta nel lato A del telaio è ora diretta verso di noi. Ma a causa del fatto che il telaio ruota insieme al collettore, il semianello collegato al lato A del telaio ora entra in contatto non con la spazzola 1, ma con la spazzola 2 (Fig. 3, d) e passa una corrente il circuito esterno nella stessa direzione del tempo della prima metà della rivoluzione. Pertanto, il collettore rettifica la corrente, cioè assicura il passaggio della corrente indotta nel circuito esterno in una direzione. Entro la fine dell'ultimo quarto di giro (Fig. 3, e), il telaio ritorna nella sua posizione originale (vedi Fig. 3, a), dopodiché viene ripetuto l'intero processo di modifica della corrente nel circuito.
Pertanto, una fem costante agisce tra le spazzole 2 e 1 e la corrente attraverso il circuito esterno scorre sempre in una direzione, dalla spazzola 2 alla spazzola 1. Sebbene questa corrente rimanga costante nella direzione, varia in grandezza, t e. pulsa. Una tale corrente è praticamente difficile da usare.
Considera come ottenere una corrente con una piccola ondulazione, cioè una corrente il cui valore cambia poco durante il funzionamento del generatore. Immagina un generatore costituito da due bobine poste perpendicolarmente l'una all'altra (Fig. 4). L'inizio e la fine di ogni giro è collegato a un collettore, che ora è costituito da quattro piastre collettore.

Fig.4. Generatore DC a due giri

Quando questi turni ruotano in un campo magnetico, in essi si verifica una fem. Tuttavia, le fem indotte in ogni turno raggiungono i loro valori zero e massimo non contemporaneamente, ma successivamente uno dopo l'altro per un tempo corrispondente alla rotazione dei giri di un quarto di giro completo, cioè di 90°. Nella posizione mostrata in Fig. 4, nella bobina 1, sorge la fem massima, pari a Emach. Nella bobina 2 e. ds non è indotto, poiché i suoi lati funzionanti scorrono lungo le linee di forza magnetiche senza attraversarle. I valori fem delle spire sono mostrati in Fig.5. Mentre le bobine girano, la fem della bobina 1 diminuisce. Quando le curve girano di 1/8 di giro, la fem. il turno 1 diventerà uguale a Emin. In questo momento, le spazzole si spostano verso la seconda coppia di piastre collettrici collegate alla bobina 2. La bobina 2 ha già compiuto 1/8 di giro, attraversa le linee di forza magnetiche e viene indotta una fem pari allo stesso valore di Emach Esso. Con un ulteriore giro di giri, la fem il turno 2 aumenta fino al valore massimo Emakh. Pertanto, le spazzole sono sempre collegate alle bobine, in cui viene indotta la fem con un valore da Emin a Emax.

Fig.5. Curve di pulsazione della forza elettromotrice di un generatore a due giri

La corrente nel circuito esterno del generatore deriva dall'azione della fem totale. Pertanto, scorre continuamente e solo in una direzione. La corrente, come prima, sarà pulsante, ma l'ondulazione è molto inferiore rispetto a un giro, poiché la fem. generatore non scende a zero.
Aumentando il numero di conduttori (spire) del generatore e, di conseguenza, il numero di piastre del collettore, è possibile rendere le increspature di corrente molto piccole, ovvero la corrente diventerà quasi costante in grandezza. Ad esempio, già con 20 piastre collettori, le fluttuazioni EMF generatore non supererà l'1% della media. Nel circuito esterno si ottiene una corrente praticamente costante in grandezza.
Allo stesso tempo, è facile vedere che il generatore mostrato in Fig. 4 presenta anche un inconveniente molto significativo. In un dato momento, il circuito esterno è collegato tramite spazzole a un solo giro del generatore. Il secondo round allo stesso tempo non viene utilizzato affatto. La forza elettromotrice indotta in un giro è molto piccola, il che significa che anche la potenza del generatore sarà piccola.
Per un uso continuo di tutte le spire, sono collegate tra loro in serie. Allo stesso scopo, il numero di piastre collettrici è ridotto al numero di spire di avvolgimento. La fine di uno e l'inizio del giro successivo dell'avvolgimento sono attaccati a ciascuna piastra del collettore. Le spire in questo caso sono sorgenti collegate in serie corrente elettrica e formano l'avvolgimento dell'indotto del generatore. Ora la forza elettromotrice del generatore è uguale alla somma delle fem indotte nelle spire collegate tra le spazzole. Oltre al seriale, esistono altri schemi per collegare le spire di avvolgimento. Il numero di giri è sufficientemente grande per ottenere il valore fem richiesto. Generatore. Pertanto, i collettori delle macchine diesel elettriche sono ottenuti con un numero elevato di piastre.
Pertanto, a causa dell'elevato numero di spire dell'avvolgimento, è possibile non solo appianare le ondulazioni di tensione e corrente, ma anche aumentare il valore della fem indotta dal generatore.
Sopra, è stato considerato un generatore elettrico, costituito da magneti permanenti e uno o più giri in cui si verifica la corrente. Per scopi pratici, tali generatori non sono adatti, poiché è impossibile ottenere da essi una grande potenza. Ciò è spiegato dal fatto che il flusso magnetico generato da un magnete permanente è molto piccolo. Inoltre, lo spazio tra i poli crea una notevole resistenza al flusso magnetico. Il flusso magnetico è ulteriormente indebolito. Pertanto, nei potenti generatori, che includono quelli diesel, vengono utilizzati elettromagneti che creano un forte flusso di eccitazione magnetica (Fig. 6). Per ridurre la resistenza magnetica del circuito magnetico del generatore, le spire dell'avvolgimento sono poste su un cilindro d'acciaio, che riempie quasi tutto lo spazio tra i poli.
Questo cilindro con un avvolgimento e un collettore posto su di esso è chiamato armatura del generatore.

Riso. 6. Schema di un generatore con sistema di eccitazione elettromagnetica e massiccia ancora in acciaio

L'avvolgimento di eccitazione del generatore si trova sui nuclei dei poli principali. Quando la corrente lo attraversa, si crea un campo magnetico, chiamato campo dei poli principali. Con un circuito esterno aperto del generatore, le linee del campo magnetico si trovano nei poli e nell'armatura simmetricamente rispetto all'asse verticale (Fig. 7, a). Per comprendere le caratteristiche del funzionamento di una macchina elettrica, introduciamo i concetti di neutri geometrici e fisici.
Un neutro geometrico è una linea tracciata attraverso il centro dell'armatura perpendicolare all'asse dei poli opposti (linea orizzontale 01-01). Il neutro fisico è una linea condizionale che separa le zone di influenza dei poli nord e sud sull'avvolgimento dell'armatura e corre perpendicolarmente alla direzione del flusso magnetico della macchina elettrica.
Nel conduttore dell'avvolgimento, che, quando l'armatura ruota, passa attraverso il neutro fisico, fem. non è indotto, poiché tale conduttore scorre lungo le linee del campo magnetico senza attraversarle. In assenza di corrente nell'armatura (vedi Fig. 7, a) il fisico neutro n-n coincide con il neutro geometrico.

Fig.7. reazione di ancoraggio.
a è il flusso magnetico dei poli principali; b - flusso magnetico creato dall'avvolgimento dell'armatura; c è il flusso magnetico totale del generatore caricato

Quando il circuito esterno della macchina elettrica è chiuso, la corrente fluirà anche attraverso l'avvolgimento dell'indotto. L'intera armatura in questo caso sarà un potente elettromagnete, costituito da un'anima in acciaio e un avvolgimento attraverso il quale scorre la corrente. Pertanto, oltre al flusso polare, esiste un secondo flusso magnetico nel generatore caricato, chiamato flusso di armatura (Fig. 7, b). Il flusso magnetico dell'armatura è diretto perpendicolarmente al flusso dei poli principali. Entrambi i flussi magnetici sono sovrapposti l'uno all'altro e formano un campo totale o risultante, mostrato in Fig. 7, c. La direzione del campo magnetico del generatore come risultato dell'azione del campo dell'armatura viene spostata nella direzione della rotazione dell'armatura. Anche il neutro fisico è spostato nella stessa direzione, che in questo caso occupa la posizione n1-n1.
L'influenza del campo magnetico dell'armatura sul campo dei poli è chiamata reazione dell'armatura. La reazione dell'armatura influisce negativamente sul funzionamento del generatore. Spazzole MM della macchina elettrica deve essere sempre installato in direzione del neutro fisico. Pertanto, è necessario spostare le spazzole del generatore rispetto al neutro geometrico di un certo angolo P (Fig. 7, c), poiché altrimenti si verificano forti scintille tra le spazzole e il collettore. La scintilla provoca la bruciatura della superficie del commutatore e delle spazzole e le disabilita. Maggiore è la corrente di armatura, più forte è la reazione di armatura, maggiore è l'angolo necessario per spostare le spazzole. Con frequenti variazioni del carico di un generatore diesel, la posizione delle sue spazzole dovrebbe essere cambiata quasi continuamente.
La reazione dell'armatura non solo sposta il campo magnetico dei poli principali, ma lo indebolisce anche parzialmente, il che porta a una diminuzione della e indotta dal generatore. ds
Per indebolire la reazione dell'armatura nei generatori, vengono installati pali aggiuntivi tra i poli principali e talvolta, per lo stesso scopo, viene posato un avvolgimento di compensazione nelle espansioni polari dei poli principali. I poli aggiuntivi creano un campo magnetico aggiuntivo, che è diretto verso il campo dell'armatura nelle aree di installazione della spazzola, per cui il suo effetto viene neutralizzato (Fig. 8).

Riso. 8. Circuito generatore con poli aggiuntivi

Tuttavia, l'effetto positivo di poli aggiuntivi sul funzionamento del generatore non si limita a questo. Dopo aver attraversato il neutro del generatore, la direzione della corrente in ogni giro dell'avvolgimento (vedi Fig. 7) cambia molto rapidamente al contrario. In folle la bobina è cortocircuitata dalle spazzole. Tale svolta si chiama pendolarismo (Commutazione dalla parola latina commutatio - cambiamento, cambiamento). Nelle spire di commutazione (sezioni) dell'avvolgimento dell'armatura, a causa di un cambiamento molto rapido nella direzione della corrente, si verifica una fem piuttosto grande. autoinduzione e mutua induzione, che si chiama fem reattiva. Questa fem nelle sezioni di commutazione è potenziato dall'azione del flusso magnetico dell'armatura, che attraversano. L'azione della fem reattiva. provoca un forte scintillio delle spazzole. I poli aggiuntivi vengono calcolati in modo che il loro flusso magnetico sia leggermente maggiore del flusso magnetico dell'armatura. A causa di ciò, viene indotta una fem aggiuntiva nelle sezioni di commutazione. Nuova fem ha una direzione opposta alla fem reattiva e la estingue, prevenendo intense scintille.
Il campo magnetico dell'armatura cambia al variare del carico (corrente) del generatore, pertanto, per neutralizzarlo, è necessario modificare il campo dei dispositivi di compensazione. L'avvolgimento dei poli aggiuntivi è collegato in serie con l'avvolgimento dell'indotto e l'intera corrente dell'indotto lo attraversa. Con un aumento della corrente del generatore, il flusso magnetico dell'armatura aumenta, ma allo stesso tempo aumenta anche il flusso magnetico dei poli aggiuntivi che lo compensano.
L'avvolgimento di compensazione consente di migliorare ulteriormente la distribuzione del flusso magnetico nella macchina elettrica. Quindi, dalla Fig. 7 è facile vedere che a seguito dell'azione della reazione dell'armatura, il flusso magnetico dei poli principali diventa irregolare: aumenta da un lato del polo e dall'altro si indebolisce. Ciò porta a un carico irregolare dell'avvolgimento dell'indotto, alcune spire verranno sovraccaricate e le condizioni operative delle spazzole si deteriorano.
Mediante un avvolgimento di compensazione posto sui poli principali, viene eliminata la distorsione del flusso magnetico direttamente al di sotto dei poli principali. Tuttavia, l'uso simultaneo di poli aggiuntivi e avvolgimento di compensazione complica notevolmente la progettazione delle macchine elettriche. Se è possibile eseguire un funzionamento soddisfacente di una macchina elettrica attraverso l'uso di poli aggiuntivi, si cerca di non utilizzare un avvolgimento di compensazione. Avvolgimenti di compensazione trovati uso pratico solo in potenti macchine elettriche.

Le seguenti figure mostrano il generatore G-21 per 12 V, 0,22 kW, 1450 -7000 giri/min.