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 induzione elettromagnetica, che è il seguente. Se in un campo magnetico magnete permanente spostare il conduttore in modo che attraversi il flusso magnetico, nel conduttore si formerà una forza elettromotrice (fem), chiamata induzione emf (induzione dalla parola latina inductio - guida, motivazione), o emf 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'influenza di emf. Una corrente chiamata corrente indotta scorrerà attraverso il circuito.
È stato stabilito sperimentalmente che l'entità della fem indotta che si verifica in un conduttore quando si muove in un campo magnetico aumenta all'aumentare dell'induzione campo magnetico, la lunghezza del conduttore e la velocità del suo movimento. F.e.m. indotta avviene solo quando un conduttore attraversa un campo magnetico. Quando un conduttore si muove lungo un percorso magnetico linee elettriche e.m.f. non è indotto in esso. Direzione della fem indotta e la corrente è più facilmente determinata dalla regola mano destra(Fig. 1): se si tiene il palmo della mano destra in modo che le linee del campo magnetico vi entrino, la si piega pollice indicherebbe la direzione del movimento del conduttore, quindi le restanti dita estese indicheranno la direzione di azione della fem indotta. 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. secondo la regola della mano destra
Avendo idea generale riguardo all'induzione elettromagnetica, considerare il principio di funzionamento del generatore più semplice (Fig. 2). Conduttore sotto forma di telaio in filo di rame montato su un asse e posto in un campo magnetico. Le estremità del telaio sono fissate a due metà (semiringhe) di un anello isolate l'una dall'altra. Lungo questo anello scorrono le piastre di contatto (spazzole). Un tale anello, costituito da semianelli isolati, è chiamato commutatore e ciascun semianello è chiamato piastra del commutatore. Le spazzole sul commutatore devono essere disposte in modo tale che, quando il telaio ruota, si spostino contemporaneamente da un semianello all'altro proprio negli istanti in cui la fem indotta su ciascun lato del telaio è nulla, cioè quando il telaio passa il tuo posizione orizzontale.
Riso. 2. Il generatore più semplice corrente continua
Con l'aiuto di un collettore, la fem variabile indotta nel telaio viene rettificata e nel circuito esterno viene creata una corrente in una direzione costante.
Collegando alle piastre di contatto un circuito esterno con uno strumento di misura elettrico che registri il valore della corrente indotta, ci assicureremo che il dispositivo in questione sia effettivamente un generatore di corrente continua.
In qualsiasi momento emf. E (Fig. 3), che nasce nel lato lavorativo L del telaio, è opposto nella direzione della fem che nasce nel lato lavorativo B. La direzione della fem. su ciascun lato del telaio può essere facilmente determinato utilizzando la regola della mano destra. La fem indotta dall'intero telaio è uguale alla somma della fem derivante in ciascuno dei suoi lati di lavoro. L'entità della fem nel frame cambia continuamente. Nel momento in cui il telaio si adatta al suo posizione verticale, il numero di linee elettriche attraversate dai conduttori in 1 s sarà maggiore e nel telaio verrà indotta la massima fem. Quando il telaio passa in posizione orizzontale, i suoi lati lavoranti scorrono lungo le linee di forza senza incrociarle, e la f.e.m. non indotto. Durante il periodo di movimento del lato B del telaio verso il polo sud del magnete (Fig. 3, a, b), la corrente al suo interno è diretta verso di noi. Questa corrente passa attraverso il semianello, spazzola 2, dispositivo di misurazione alla spazzola / e al lato A del telaio. Su questo lato del telaio la corrente viene indotta nella direzione lontana da noi. Tuo valore più alto e.m.f. nel telaio arriva quando i suoi lati si trovano direttamente sotto i pali (Fig. 3, b).
Riso. 3. Schema di funzionamento 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, le spazzole si spostano da un semianello all'altro. Pertanto, durante la prima metà del giro del telaio, ciascun semianello del commutatore veniva a contatto con una sola spazzola. La corrente passava 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. è invertito perché i conduttori attraversano il flusso magnetico in direzione opposta. La corrente indotta nel lato A del telaio è ora diretta verso di noi. Ma poiché il telaio ruota con il commutatore, 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 una corrente nella stessa la direzione attraversa il circuito esterno come nel tempo della prima metà del giro. Di conseguenza il collettore raddrizza 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, tra le spazzole 2 e 1 c'è una fem costante nella direzione 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, cambia in grandezza, t cioè pulsante. Questo tipo di corrente è praticamente difficile da usare.
Consideriamo come ottenere una corrente con una piccola ondulazione, cioè una corrente il cui valore cambia poco durante il funzionamento del generatore. Immaginiamo un generatore costituito da due spire disposte perpendicolari tra loro (Fig. 4). L'inizio e la fine di ogni giro sono collegati a un commutatore, ora costituito da quattro piastre commutatrici.
Fig.4. Generatore DC a due spire
Quando queste spire ruotano in un campo magnetico, in esse nasce una fem. Tuttavia, la fem viene indotta ad ogni turno. raggiungono i loro valori zero e massimo non contemporaneamente, ma successivamente uno dopo l'altro per un tempo corrispondente alla rotazione delle spire di un quarto di giro completo, cioè di 90°. Nella posizione mostrata in Fig. 4, nel turno 1 si verifica una fem massima pari a Emax. Ci sono 2 e in un turno. d.s. non è indotto, poiché i suoi lati operativi scorrono lungo le linee del campo magnetico senza incrociarle. I valori fem delle spire sono mostrati in Fig. 5. Man mano che i turni cambiano, la fem del turno 1 diminuisce. Quando le spire compiono 1/8 di giro, la f.e.m. il turno 1 diventerà uguale a Emin. In questo momento le spazzole si spostano sulla seconda coppia di piastre collettrici collegate alla spira 2. La spira 2 ha già compiuto 1/8 di giro, attraversa le linee del campo magnetico e in essa viene indotta una fem pari allo stesso valore di Em. Con un'ulteriore rotazione delle spire, la fem. il turno 2 aumenta al valore più alto Emah. Pertanto, le spazzole sono costantemente collegate alle spire, nelle quali viene indotta una fem con un valore da Emin a Emax.
Fig.5. Curve di pulsazione della forza elettromotrice di un generatore a due spire
La corrente nel circuito esterno del generatore nasce come risultato dell'azione della fem totale. Pertanto, scorre continuamente e solo in una direzione. La corrente, come prima, sarà pulsante, ma la pulsazione è molto inferiore rispetto a un giro, poiché la fem. il generatore non diminuisce a zero.
Aumentando il numero di conduttori (spire) del generatore e, di conseguenza, il numero di piastre collettrici, è possibile rendere le ondulazioni di corrente molto piccole, ovvero il valore di corrente diventerà quasi costante. Ad esempio, già con 20 piastre collettrici le oscillazioni della fem. generatore non supererà l'1% del valore medio. Nel circuito esterno otteniamo una corrente di grandezza quasi costante.
Allo stesso tempo, è facile vedere che il generatore mostrato in Fig. 4 presenta anche un inconveniente molto significativo. In ogni momento il circuito esterno è collegato tramite spazzole ad un solo giro del generatore. Il secondo turno allo stesso tempo non viene utilizzato affatto. La forza elettromotrice indotta in un giro è molto piccola, il che significa che la potenza del generatore sarà piccola.
Per un utilizzo continuo, tutte le spire sono collegate tra loro in serie. Allo stesso scopo, il numero di piastre collettrici viene ridotto al numero di spire di avvolgimento. Ad ogni piastra collettrice sono collegati la fine di un giro e l'inizio del successivo giro di avvolgimento. 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 pari alla somma della fem indotta nelle spire collegate tra le spazzole. Oltre a quello in serie, esistono altri schemi per il collegamento delle spire di avvolgimento. Il numero di turni è abbastanza grande da essere ottenuto l'importo richiesto e.m.f. Generatore Pertanto, si ottengono collezionisti di macchine elettriche per locomotive diesel grande quantità piatti
Pertanto, grazie all'elevato numero di spire dell'avvolgimento, è possibile non solo attenuare le ondulazioni di tensione e corrente, ma anche aumentare il valore della fem indotta dal generatore.
Sopra abbiamo considerato un generatore elettrico costituito da magneti permanenti e una o più spire in cui si forma corrente. Ai fini pratici, tali generatori non sono adatti, poiché da essi è impossibile ottenere una potenza elevata. Ciò è spiegato dal fatto che il flusso magnetico creato da un magnete permanente è molto piccolo. Inoltre, lo spazio tra i poli crea una notevole resistenza al flusso magnetico. Il flusso magnetico si indebolisce ancora di più. Pertanto dentro potenti generatori, che includono locomotive diesel, utilizzano 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 posizionate su un cilindro d'acciaio, che riempie quasi l'intero spazio tra i poli.
Questo cilindro con un avvolgimento e un collettore posto su di esso è chiamato armatura del generatore.
Riso. 6. Circuito generatore con sistema elettromagnetico eccitazione e ancoraggio massiccio 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. Quando il circuito esterno del generatore è aperto, le linee di forza magnetiche si trovano nei poli e nell'armatura simmetricamente all'asse verticale (Fig. 7, a). Per comprendere le caratteristiche di funzionamento di una macchina elettrica introduciamo i concetti di neutro geometrico e fisico.
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 convenzionale che separa le zone di influenza dei poli nord e sud sull'avvolgimento dell'indotto e corre perpendicolare alla direzione del flusso magnetico della macchina elettrica.
Nel conduttore dell'avvolgimento, che passa attraverso il neutro fisico quando l'armatura ruota, la fem. non è indotto, poiché tale conduttore scorre lungo le linee di forza magnetiche senza attraversarle. In assenza di corrente nell'armatura (vedi Fig. 7, a) fisica 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'indotto; c è il flusso magnetico totale del generatore caricato
Quando il circuito esterno della macchina elettrica è chiuso, la corrente scorre attraverso l'avvolgimento dell'indotto. L'intera armatura in questo caso sarà un potente elettromagnete, costituito da un nucleo di acciaio e un avvolgimento attraverso il quale passa la corrente. Di conseguenza, oltre al flusso polare, nel generatore caricato c'è un secondo flusso magnetico, chiamato flusso di armatura (Fig. 7, b). Il flusso magnetico dell'armatura è diretto perpendicolarmente al flusso dei poli principali. Entrambi i flussi magnetici si sovrappongono e formano il 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 verso la rotazione dell'armatura. Nella stessa direzione si sposta anche il neutro fisico, che in questo caso occupa la posizione n1-n1.
L'effetto del campo magnetico dell'armatura sul campo dei poli è chiamato reazione di armatura. La reazione dell'indotto influisce negativamente sul funzionamento del generatore. Spazzole M-M elettrico le macchine devono essere sempre installate nella 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 commutatore. Le scintille provocano bruciature sulla superficie del commutatore e delle spazzole, rendendole inutilizzabili. Maggiore è la corrente dell'indotto, più forte è la reazione dell'indotto, maggiore è l'angolo di spostamento delle spazzole. Con frequenti cambiamenti nel carico del generatore di una locomotiva diesel, sarebbe necessario modificare quasi continuamente la posizione delle sue spazzole.
La reazione d'armatura non solo sposta il campo magnetico dei poli principali, ma lo indebolisce anche parzialmente, il che porta ad una diminuzione dell'emissione indotta dal generatore. d.s.
Per indebolire la reazione dell'indotto nei generatori, vengono installati poli aggiuntivi tra i poli principali e talvolta per lo stesso scopo viene inserito un avvolgimento di compensazione nelle espansioni polari dei poli principali. I poli aggiuntivi creano un campo magnetico aggiuntivo, che nelle zone in cui sono installate le spazzole è diretto verso il campo dell'armatura, in modo che il suo effetto venga neutralizzato (Fig. 8).
Riso. 8. Circuito del generatore con poli aggiuntivi
Tuttavia, questo non è limitato a influenza positiva poli aggiuntivi per il funzionamento del generatore. 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 è chiamata pendolarismo (commutazione dalla parola latina commutatio - cambiamento, cambiamento). Nelle spire di commutazione (sezioni) dell'avvolgimento dell'indotto dovute a molto cambio veloce direzione della corrente, si forma una fem piuttosto grande. autoinduzione e mutua induzione, chiamata fem reattiva. Questo e.m.f. nelle sezioni di commutazione è esaltata dall'azione del flusso magnetico dell'armatura che esse attraversano. Azione della fem reattiva. porta a forti scintille delle spazzole. I poli aggiuntivi vengono calcolati in modo tale che il loro flusso magnetico sia leggermente maggiore del flusso magnetico dell'armatura. Per questo motivo nelle sezioni di commutazione viene indotta una fem aggiuntiva. Nuova f.e.m. ha la direzione opposta alla fem reattiva e la estingue, impedendo intense scintille.
Il campo magnetico dell'armatura cambia con il carico (corrente) del generatore, quindi per neutralizzarlo è necessario modificare il campo dispositivi di compensazione. L'avvolgimento polare aggiuntivo è collegato in serie con l'avvolgimento dell'indotto e attraverso di esso passa l'intera corrente dell'indotto. All'aumentare della corrente del generatore aumenta il flusso magnetico dell'indotto, ma allo stesso tempo aumenta anche il flusso magnetico di compensazione dei poli aggiuntivi.
L'avvolgimento di compensazione consente di migliorare ulteriormente la distribuzione del flusso magnetico in una macchina elettrica. Pertanto, dalla Fig. 7 è facile vedere che come risultato dell'azione della reazione dell'armatura, il flusso magnetico dei poli principali diventa irregolare: da un lato il polo si rafforza e dall'altro si indebolisce . Ciò porta a un carico irregolare sull'avvolgimento dell'indotto, alcune spire saranno sovraccariche e le condizioni di lavoro delle spazzole peggioreranno.
Mediante un avvolgimento di compensazione situato sui poli principali viene eliminata la distorsione del flusso magnetico direttamente sotto i poli principali. Tuttavia, l'uso simultaneo di poli aggiuntivi e avvolgimenti di compensazione complica notevolmente la progettazione delle macchine elettriche. Se è possibile ottenere un funzionamento soddisfacente della macchina elettrica utilizzando poli aggiuntivi, si cerca di non utilizzare un avvolgimento di compensazione. Trovati avvolgimenti di compensazione uso pratico solo nelle potenti macchine elettriche.
Le seguenti figure mostrano il generatore G-21 a 12 V, 0,22 kW, 1450 -7000 giri/min.
familiarizzare con il dispositivo, principio operativo, le principali modalità di funzionamento di un generatore di corrente continua con eccitazione indipendente;
acquisire competenze pratiche nell'avvio, funzionamento e arresto di un generatore DC;
confermare sperimentalmente le informazioni teoriche sulle caratteristiche di un generatore di corrente continua.
Principi teorici 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 in corrente continua.
motore a corrente continua-una macchina elettrica progettata per convertire l'energia elettrica a corrente continua in energia meccanica.
Una vista generale di una macchina elettrica in corrente continua è mostrata in Fig. 1.
Progetto di una macchina elettrica in corrente continua
Come qualsiasi altra macchina elettrica, una macchina DC è costituita da una parte fissa: statore e la parte rotante - rotore 1 eseguendo la funzione ancore, poiché nei suoi avvolgimenti vengono indotti campi elettromagnetici.
Lo statore della macchina contiene un avvolgimento di eccitazione che crea il flusso magnetico necessario F. Lo statore è costituito da un telaio cilindrico 2 (fusione di acciaio, tubo d'acciaio o lamiera d'acciaio saldata), a cui sono fissati i 3 poli principali e gli ulteriori 4 poli con avvolgimenti di campo. Le estremità dello statore sono coperte con scudi dei cuscinetti 5. I cuscinetti vengono premuti al loro interno e la corsa delle spazzole con spazzole 6 viene rinforzata.
L'armatura è costituita da un pacco cilindrico (realizzato con fogli di acciaio elettrico verniciati per attenuare le correnti parassite). Un avvolgimento collegato a collettore 7; il tutto è fissato all'albero dell'indotto.
Principio operativo
Il più semplice macchina elettrica può essere rappresentato come una bobina che ruota in un campo magnetico (Fig. 2, UN,B). Le estremità della bobina vengono portate su due piastre collettrici. Le spazzole fisse vengono premute contro le piastre del commutatore, alle quali è collegato un circuito esterno.
Il principio di funzionamento di una macchina elettrica si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Consideriamo il principio di funzionamento di una macchina elettrica in modalità generatore. Lasciare che la bobina venga portata in rotazione da un motore di azionamento esterno (PD). La bobina attraversa un campo magnetico e, secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, in essa viene indotta una fem 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 terminale negativo. Quando la rotazione viene ruotata di 180 0, i conduttori dalla zona di un polo si spostano nella zona dell'altro polo e la direzione dell'EMF in essi cambia nella direzione opposta. Allo stesso tempo, la piastra commutatrice superiore entra in contatto con la spazzola inferiore e la piastra inferiore entra in contatto 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, cioè da sono il raddrizzatore meccanico più semplice.
Per ridurre l'ondulazione in un generatore di corrente continua, invece di una bobina attorno alla circonferenza dell'armatura, vengono posizionati diversi avvolgimenti equidistanti, che formano l'avvolgimento dell'armatura, e sono collegati per cambiare la polarità della fem ad un collettore costituito da un numero maggiore di segmenti. Pertanto la forza elettromagnetica nel circuito tra i terminali delle spazzole non pulsa più così forte, ad es. risulta essere pressoché costante.
Per questa FEM costante vale la seguente espressione:
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, la corrente scorre attraverso un circuito esterno chiuso e un giro dell'avvolgimento dell'indotto io = IO I, la cui direzione coincide con la direzione dell'EMF (vedi Fig. 2, B). Secondo la legge di Ampere, l'interazione della corrente io e campo magnetico IN crea forza F, che è diretto perpendicolarmente IN E io. Direzione della forza Fè determinato dalla regola della mano sinistra: la forza agisce sul conduttore superiore a sinistra, sul conduttore inferiore a destra. Questa coppia di forze crea una coppia M vr, diretto in questo caso in senso antiorario e uguale
M=Con 2 FIO IO.
Questo momento contrasta la coppia motrice, cioè è un momento di frenata.
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 sui cavi delle spazzole c'è meno di Campo elettromagnetico, vale a dire
U = E – R IO IO IO.
§ 105. DISPOSITIVO DEL GENERATORE DC
La parte stazionaria nelle macchine DC è induttiva, ovvero crea un campo magnetico, e la parte rotante è induttiva (un'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 mediante un bullone 5. Il nucleo polare è fuso in acciaio e ha una sezione trasversale ovale. Il nucleo del polo è contrassegnato da una 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 campo crea un flusso magnetico. L'espansione polare mantiene l'avvolgimento di campo sul polo e garantisce che il campo magnetico sia distribuito uniformemente sotto il polo. L'espansione polare è sagomata in modo tale che il traferro tra i poli e l'armatura sia lo stesso su tutta la lunghezza dell'arco polare. Anche i poli aggiuntivi hanno un nucleo e un avvolgimento.
I poli aggiuntivi vengono installati nei punti medi tra i poli principali e il loro numero può essere uno qualsiasi numero uguale poli principali, o la metà. Nelle macchine ad alta potenza sono installati poli aggiuntivi che servono a prevenire scintille sotto le spazzole. Nelle macchine a bassa potenza solitamente non sono presenti poli aggiuntivi.
Il telaio è in fusione di acciaio e costituisce l'ossatura della macchina, al telaio sono fissati i pali principali e aggiuntivi e alle estremità gli scudi laterali con cuscinetti che sostengono l'albero della macchina. Utilizzando il telaio, la macchina è montata sulla fondazione.
La parte rotante della macchina (armatura) (Fig. 135, a) è costituita dal nucleo 1, dall'avvolgimento 2 e dal collettore 3. Il nucleo dell'armatura è un cilindro assemblato da fogli di acciaio elettrico. Le lastre sono isolate tra loro con vernice o carta per ridurre le perdite per correnti parassite. Le lamiere di acciaio vengono stampate sulle macchine secondo una dima; hanno scanalature in cui sono posati i conduttori dell'avvolgimento dell'indotto. Nel corpo dell'armatura sono realizzati canali d'aria per raffreddare l'avvolgimento e il nucleo dell'armatura.
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 inseriti nelle scanalature del nucleo dell'armatura. Una sezione monospira è composta da due fili attivi collegati tra loro.
Le sezioni possono avere non una, ma molte svolte. Tali sezioni sono chiamate multigiro. L'avvolgimento viene accuratamente isolato dal nucleo e fissato nelle scanalature con cunei di legno. I giunti frontali sono rinforzati con fasce in acciaio. Tutte le sezioni dell'avvolgimento poste sull'armatura sono collegate tra loro in serie, formando un circuito chiuso. Alle piastre collettrici sono collegati i fili che collegano le due tratte, susseguendosi l'una all'altra secondo lo schema di avvolgimento.
Il collettore è un cilindro costituito da piastre individuali. Le piastre collettrici sono in rame trafilato e sono isolate tra loro e dal corpo con guarnizioni in micanite. Per il fissaggio alla boccola, le piastre del commutatore sono sagomate a coda di rondine, che viene fissata tra una sporgenza sulla boccola e una rondella sagomata per adattarsi alla forma della piastra. La rondella è fissata alla boccola con bulloni.
Il collettore è la parte strutturalmente più complessa e più critica della macchina. La superficie del collettore deve essere rigorosamente cilindrica per evitare battimenti e scintille delle spazzole.
Per collegare l'avvolgimento di indotto al circuito esterno, sul commutatore vengono poste delle spazzole fisse, che possono essere di grafite, carbonio-grafite o bronzo-grafite. Nelle macchine ad alta tensione vengono utilizzate spazzole in grafite che hanno un'elevata resistenza di contatto tra la spazzola e il commutatore. basso voltaggio- spazzole in bronzo-grafite. Le spazzole sono posizionate in appositi portaspazzole (Fig. 135, b). La spazzola 4, posta nella gabbia portaspazzola, è premuta dalla molla 5 al commutatore. Ogni portaspazzole può contenere più spazzole collegate in parallelo.
I portaspazzole sono montati su perni delle spazzole che, a loro volta, sono fissati alla traversa. Il portaspazzole è dotato di un foro per fissarlo al perno della spazzola.
Le dita della spazzola sono isolate dalla traversa con rondelle e boccole isolanti. Il numero di portaspazzole è solitamente pari al numero di poli.
La traversa è installata sullo scudo del cuscinetto in piccolo e media potenza o fissati al telaio in macchine ad alta potenza. La traversa può essere ruotata e quindi modificare la posizione delle spazzole rispetto ai poli.
Solitamente la traversa è installata in una posizione in cui la posizione delle spazzole nello spazio coincide con la posizione dei punti medi dei poli principali.
Diamo un'occhiata principio di funzionamento di un generatore DC, conosciamolo caratteristiche del progetto e il principio di funzionamento.
Funziona in base alla legge dell'induzione elettromagnetica. Secondo questa legge, una fem viene indotta in un conduttore che si muove in un campo magnetico e attraversa un flusso magnetico.
Il circuito magnetico attraverso il quale viene chiuso il flusso magnetico è uno dei principali parti del generatore corrente continua.
Magnetico Circuito generatore DC(mostrato nella Figura 1) è costituito da una parte fissa - lo statore (1) e una parte rotante - il rotore (4).
Lo statore è un corpo in acciaio a cui sono fissate altre parti della macchina, incluso poli magnetici(2). Sui poli magnetici è montato un avvolgimento di eccitazione (3), che è alimentato da corrente continua e crea il flusso magnetico principale Ф0.
Circuito magnetico di un generatore DC quadripolare.
Lamiere da cui è assemblato il circuito magnetico del rotore: a - con scanalature aperte, b - con scanalature semichiuse
Il rotore della macchina è assemblato da stampo lamiere di acciaio con scanalature attorno alla circonferenza e con fori per l'albero e la ventilazione. Avvolgimento funzionante di un generatore DC inserito nelle scanalature del rotore (5 nell'immagine 1). Questo avvolgimento è indotto da una fem dal flusso magnetico principale. L'avvolgimento è anche chiamato avvolgimento dell'indotto, quindi Rotore del generatore DC solitamente chiamato ancoraggio.
Senso generatore emf corrente continua può cambiare, ma la sua polarità rimane costante. Il principio di funzionamento del generatore DC è mostrato nella Figura 3.
Il flusso magnetico è creato dai poli di un magnete permanente. Supponiamo che l'avvolgimento dell'indotto sia costituito da un giro, le cui estremità sono collegate a vari semianelli isolati l'uno dall'altro. Da questi semianelli si forma un collettore che ruota insieme alla spira di avvolgimento dell'indotto. Allo stesso tempo, le spazzole fisse si muovono lungo il commutatore.
Quando una bobina ruota in un campo magnetico, in essa viene indotta una fem: e = B*l*v
- dove B è l'induzione magnetica, l è la lunghezza del conduttore, v è la sua velocità lineare.
Quando il piano della bobina coincide con il piano della linea centrale dei poli (la bobina si trova verticalmente), i conduttori attraversano il flusso magnetico massimo. In questo momento, in essi viene indotto il massimo EMF. Nel caso in cui la bobina assume una posizione orizzontale, la fem nei conduttori è zero.
In un conduttore, la direzione della forza elettromagnetica è determinata dalla regola della mano destra (nella Figura 3 è mostrata come frecce). Quando, durante la rotazione della bobina, il conduttore passa sotto l'altro polo, la direzione dell'EMF al suo interno cambia nella direzione opposta. Ma poiché il commutatore ruota con la bobina e le spazzole sono fisse, alla spazzola superiore, che si trova sotto il polo nord, è sempre collegato un conduttore, la cui fem è diretta dalla spazzola. Di conseguenza, la polarità delle spazzole rimane invariata e quindi rimane invariata nella direzione dell'EMF sulle spazzole - e (Figura 4).
Il generatore DC più semplice UN.
Variazione temporale della FEM del più semplice generatore di corrente continua.
Nonostante il fatto che EMF il generatore DC più sempliceè costante nella direzione, ma varia in valore. Poiché per un giro di giro la FEM assume 2 volte il valore pari a zero e 2 volte il valore massimo. Per la maggior parte dei ricevitori CC, un campo elettromagnetico con un'ondulazione così ampia non è adatto e, in senso stretto, non può essere definito costante.
Per ridurre l'ondulazione è costituito l'avvolgimento dell'indotto di un generatore CC elevato numero giri (bobine) e il collettore è costituito da un gran numero di piastre collettrici isolate l'una dall'altra.
Per considerare più in dettaglio il processo di attenuazione delle pulsazioni, prendiamo come esempio l'avvolgimento di un'armatura ad anello (Figura 5). È composto da quattro bobine (1, 2, 3, 4), ciascuna con due spire. L'armatura si muove in senso orario con una frequenza n e nei conduttori dell'avvolgimento dell'armatura, che si trovano su al di fuori armatura, viene indotta la FEM (la direzione del movimento è indicata dalle frecce).
L'avvolgimento dell'indotto è un circuito chiuso costituito da spire collegate in serie. In questo caso l'avvolgimento dell'indotto relativo alle spazzole rappresenta due rami paralleli. Nella Figura 5a, un ramo parallelo è costituito dalla bobina 2, il secondo dalla bobina 4 (nelle bobine 1 e 3 non viene indotto alcun campo elettromagnetico e sono collegati ad entrambe le estremità ad una spazzola). Nella Figura 5b l'ancora è mostrata nella posizione che occupa dopo 1/8 di giro. In questa posizione, un ramo parallelo dell'avvolgimento dell'indotto è costituito dalle bobine 1 e 2 collegate in serie, e il secondo dalle bobine 3 e 4 collegate in serie.
Schema del più semplice generatore di corrente continua con armatura ad anello.
Poiché l'armatura ruota rispetto alle spazzole, ciascuna bobina ha polarità costante.
La Figura 6a mostra come cambia la forza elettromotrice delle bobine nel tempo quando l'armatura ruota. La FEM sulle spazzole è uguale alla FEM di ciascuno dei rami paralleli dell'avvolgimento dell'indotto.
Dalla Figura 5 si può vedere che la fem di un ramo parallelo è uguale alla somma della fem di due spire adiacenti o alla fem di una spira:
Di conseguenza, le pulsazioni EMF dell'avvolgimento dell'indotto vengono notevolmente ridotte (Figura 6b). Ciò significa che aumentando il numero di spire e di piastre collettrici si può ottenere una FEM quasi costante dell'avvolgimento dell'indotto.
Variazione nel tempo della FEM delle bobine e dell'avvolgimento dell'armatura dell'anello.