Generatorji so električni stroji, ki pretvarjajo mehansko energijo v električno. Načelo delovanja električnega generatorja temelji na uporabi pojava elektromagnetna indukcija, kar je naslednje. Če je v magnetnem polju trajni magnet premaknite prevodnik tako, da prečka magnetni pretok, se bo v prevodniku pojavila elektromotorna sila (emf), imenovana indukcijska emf (indukcija iz latinske besede inductio - vodenje, motivacija) ali inducirana emf . Elektromotorna sila se pojavi tudi, ko prevodnik miruje in se magnet premika. Pojav pojava inducirane emf. v prevodniku imenujemo elektromagnetna indukcija. Če je vodnik, v katerem se inducira EMF, vključen v sklenjen tokokrog električni tokokrog, nato pod vplivom emf. Skozi vezje bo tekel tok, imenovan inducirani tok.
Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da se velikost inducirane emf, ki se pojavi v prevodniku, ko se premika v magnetnem polju, povečuje z naraščajočo indukcijo magnetno polje, dolžina vodnika in hitrost njegovega gibanja. Inducirana e.m.f. se pojavi le, ko prevodnik prečka magnetno polje. Ko se prevodnik giblje vzdolž magnetnega električni vodi e.m.f. se v njem ne inducira. Smer inducirane emf tok pa najlažje določimo s pravilom desna roka(slika 1): če dlan desne roke držimo tako, da magnetne silnice vstopijo vanjo, upognjena palec bi kazalo smer gibanja vodnika, potem bodo preostali iztegnjeni prsti kazali smer delovanja inducirane emf. in smer toka v prevodniku. Magnetne silnice so usmerjene od severnega pola magneta proti južnemu.
riž. 1. Določitev smeri inducirane emf. po pravilu desne roke
imeti splošna ideja o elektromagnetni indukciji upoštevajte načelo delovanja najpreprostejšega generatorja (slika 2). Vodnik v obliki okvirja iz bakrena žica nameščen na osi in postavljen v magnetno polje. Konci okvirja so pritrjeni na dve polovici (polobroče) enega obroča, ločeni drug od drugega. Po tem obroču drsijo kontaktne plošče (ščetke). Takšen obroč, sestavljen iz izoliranih polobročev, imenujemo komutator, vsak polobroč pa komutatorska plošča. Krtače na komutatorju morajo biti razporejene tako, da se ob vrtenju okvirja hkrati premikajo iz enega polobroča v drugega ravno v tistih trenutkih, ko je inducirana emf na vsaki strani okvirja enaka nič, tj. mimo tvojega vodoravni položaj.
riž. 2. Najenostavnejši generator DC
S pomočjo kolektorja se spremenljiva emf, inducirana v okvirju, popravi in v zunanjem tokokrogu se ustvari tok v konstantni smeri.
S priključitvijo zunanjega tokokroga na kontaktne plošče z električnim merilnim instrumentom, ki beleži vrednost induciranega toka, se bomo prepričali, da gre za napravo res za generator enosmernega toka.
Kadar koli t emf. E (slika 3), ki nastane na delovni strani L okvirja, je nasprotna smeri EMS, ki nastane na delovni strani B. Smer EMS. na vsaki strani okvirja je mogoče enostavno določiti z uporabo desnega pravila. EMF, ki ga povzroči celoten okvir, je enak vsoti EMF, ki nastane na vsaki od njegovih delovnih strani. Velikost emf v okvirju se nenehno spreminja. V času, ko se okvir prilega svojemu navpični položaj, bo število električnih vodov, ki jih prečkajo prevodniki v 1 s, največje in v okvirju bo inducirana največja emf. Ko okvir prečka vodoravni položaj, njegove delovne stranice drsijo vzdolž silnic, ne da bi jih prečkale, in e.m.f. ni induciran. V času gibanja strani B okvirja na južni pol magneta (slika 3, a, b) je tok v njem usmerjen proti nam. Ta tok poteka skozi polovičen obroč, krtačo 2, meter na krtačo / in stran A okvirja. Na tej strani okvirja se tok inducira v smeri stran od nas. Vaš najvišjo vrednost e.m.f. v okvirju doseže, ko se njegove stranice nahajajo neposredno pod drogovi (slika 3, b).
riž. 3. Shema delovanja enosmernega generatorja
Z nadaljnjim vrtenjem okvirja se emf. se v njem zmanjša in po četrtini obrata postane enaka nič (slika 3, c). V tem času se krtače premikajo iz enega polobroča v drugega. Tako je med prvo polovico vrtenja okvirja vsak polobroč komutatorja prišel v stik samo z eno krtačo. Tok je šel skozi zunanje vezje v eni smeri od krtače 2 do krtače 1. Nadaljevali bomo z vrtenjem okvirja. Elektromotorna sila v okvirju začne ponovno naraščati, saj bodo njegove delovne strani prečkale magnetne silnice. Vendar smer emf. se obrne, ker vodniki prečkajo magnetni tok v nasprotni smeri. Tok, induciran na strani A okvirja, je zdaj usmerjen proti nam. Toda zaradi dejstva, da se okvir vrti s komutatorjem, polovični obroč, povezan s stranjo A okvirja, zdaj ne pride v stik s krtačo 1, temveč s krtačo 2 (slika 3, d) in tok v istem smer poteka skozi zunanji tokokrog kot v času prve polovice revolucije. Posledično kolektor usmerja tok, to pomeni, da zagotavlja prehod induciranega toka v zunanjem tokokrogu v eno smer. Do konca zadnje četrtine vrtljaja (slika 3, e) se okvir vrne v prvotni položaj (glej sliko 3, a), po katerem se celoten postopek spreminjanja toka v vezju ponovi.
Tako je med krtačama 2 in 1 konstantna emf v smeri, tok skozi zunanje vezje pa vedno teče v eno smer - od krtače 2 do krtače 1. Čeprav ta tok ostaja konstanten v smeri, se spreminja v velikosti, t e. utripa. To vrsto toka je praktično težko uporabiti.
Razmislimo, kako pridobiti tok z majhnim valovanjem, to je tok, katerega vrednost se med delovanjem generatorja malo spreminja. Predstavljajmo si generator, sestavljen iz dveh zavojev, ki sta nameščena pravokotno drug na drugega (slika 4). Začetek in konec vsakega zavoja sta povezana s komutatorjem, ki je zdaj sestavljen iz štirih komutatorskih plošč.
Slika 4. DC generator z dvema obratoma
Ko se ti zavoji vrtijo v magnetnem polju, se v njih pojavi emf. Vendar pa je emf induciran v vsakem obratu. ničelne in največje vrednosti ne dosežejo istočasno, temveč druga za drugo za čas, ki ustreza vrtenju ovojev za četrtino polnega obrata, to je za 90°. V položaju, prikazanem na sliki 4, se v obratu 1 pojavi največja emf, enaka Emax. V vrsti sta 2 e. d.s. ni induciran, saj njegove delovne strani drsijo vzdolž silnic magnetnega polja, ne da bi jih prečkale. Vrednosti emf zavojev so prikazane na sliki 5. Ko se zavoji obračajo, se EMF zavoja 1 zmanjšuje. Ko se zavoji obrnejo za 1/8 obrata, se e.m.f. 1. obrat bo postal enak Eminu. V tem trenutku se ščetke premaknejo na drugi par kolektorskih plošč, ki so povezane z zavojem 2. Zavoj 2 se je že obrnil za 1/8 zavoja, prečka magnetne silnice in v njem se inducira emf, enak enaki vrednosti Em. Z nadaljnjim vrtenjem zavojev se emf. turn 2 se poveča na najvišjo vrednost Emah. Tako so ščetke stalno povezane z zavoji, v katerih se inducira emf z vrednostjo od Emin do Emax.
Slika 5. Pulzacijske krivulje elektromotorne sile dvoobratnega generatorja
Tok v zunanjem tokokrogu generatorja nastane kot posledica delovanja celotnega emf. Zato teče neprekinjeno in samo v eno smer. Tok bo, kot prej, utripal, vendar je utripanje veliko manj kot pri enem obratu, saj je emf. generator ne zmanjša na nič.
S povečanjem števila vodnikov (zavojev) generatorja in s tem števila kolektorskih plošč je mogoče doseči, da je tokovno valovanje zelo majhno, to pomeni, da bo trenutna vrednost postala skoraj konstantna. Na primer, že pri 20 kolektorskih ploščah nihanja emf. generator ne bo presegla 1 % povprečne vrednosti. V zunanjem tokokrogu dobimo tok, ki je po velikosti skoraj konstanten.
Hkrati je lahko videti, da ima generator, prikazan na sliki 4, tudi zelo pomembno pomanjkljivost. V danem trenutku je zunanje vezje prek ščetk povezano samo z enim obratom generatorja. Drugi obrat ob istem času se sploh ne uporablja. Elektromotorna sila, inducirana v enem obratu, je zelo majhna, kar pomeni, da bo moč generatorja majhna.
Za neprekinjeno uporabo so vsi obrati med seboj povezani zaporedno. Za isti namen se število kolektorskih plošč zmanjša na število ovojev navitja. Na vsako kolektorsko ploščo sta povezana konec enega in začetek naslednjega navitja. Zavoji so v tem primeru serijsko povezani viri električni tok in tvorijo armaturno navitje generatorja. Zdaj je elektromotorna sila generatorja enaka vsoti emf, inducirane v zavojih, povezanih med ščetkami. Poleg serije ena obstajajo tudi druge sheme za povezovanje navitij. Število obratov je dovolj veliko, da dobimo zahtevani znesek e.m.f. generator Zato so zbiralniki električnih strojev dizelskih lokomotiv pridobljeni z veliko število plošče
Tako je zahvaljujoč velikemu številu obratov navitja mogoče ne le izravnati valovanje napetosti in toka, temveč tudi povečati vrednost emf, ki ga povzroči generator.
Zgoraj smo obravnavali električni generator, sestavljen iz trajnih magnetov in enega ali več obratov, v katerih nastane tok. Za praktične namene so takšni generatorji neprimerni, saj iz njih ni mogoče pridobiti velike moči. To je razloženo z dejstvom, da je magnetni tok, ki ga ustvari trajni magnet, zelo majhen. Poleg tega prostor med poli ustvarja velik upor proti magnetnemu toku. Magnetni tok še bolj oslabi. Zato v močni generatorji, ki vključujejo dizelske lokomotive, uporabljajo elektromagnete, ki ustvarjajo močan magnetni vzbujevalni tok (slika 6). Da bi zmanjšali magnetni upor magnetnega vezja generatorja, so zavoji navitja nameščeni na jeklenem valju, ki zapolnjuje skoraj ves prostor med poli.
Ta valj z navitjem in zbiralnikom, nameščenim na njem, se imenuje armatura generatorja.
riž. 6. Generatorsko vezje z elektromagnetni sistem vzbujanje in masivno jekleno sidro
Vzbujevalno navitje generatorja se nahaja na jedrih glavnih polov. Ko skozenj teče tok, nastane magnetno polje, imenovano polje glavnih polov. Ko je zunanje vezje generatorja odprto, se magnetne linije sile nahajajo v polih in armaturi simetrično glede na navpično os (slika 7, a). Da bi razumeli značilnosti delovanja električnega stroja, uvedemo pojma geometrijske in fizikalne nevtralnosti.
Geometrijsko nevtralno je črta, narisana skozi središče armature pravokotno na os nasprotnih polov ( vodoravna črta 01-01). Fizična nevtralnost je pogojna črta, ki ločuje območja vpliva severnega in južnega pola na navitje armature in poteka pravokotno na smer magnetnega pretoka električnega stroja.
V vodniku navitja, ki prehaja skozi fizično nevtralnost, ko se armatura vrti, je emf. se ne inducira, saj tak prevodnik drsi vzdolž magnetnih silnic, ne da bi jih presekal. V odsotnosti toka v armaturi (glej sliko 7, a) fizični nevtralen n-n sovpada z geometrijsko nevtralno.
Slika 7. Reakcija sidra.
a je magnetni tok glavnih polov; b - magnetni tok, ki ga ustvari navitje armature; c je skupni magnetni pretok obremenjenega generatorja
Ko je zunanje vezje električnega stroja zaprto, bo tok tekel skozi navitje armature. Celotna armatura bo v tem primeru močan elektromagnet, sestavljen iz jeklenega jedra in navitja, skozi katerega teče tok. Posledično je poleg polovnega toka v obremenjenem generatorju še drugi magnetni tok, imenovan armaturni tok (slika 7, b). Magnetni tok armature je usmerjen pravokotno na tok glavnih polov. Oba magnetna toka se prekrivata in tvorita skupno ali rezultantno polje, prikazano na sliki 7, c. Smer magnetnega polja generatorja kot posledica delovanja armaturnega polja se premakne proti vrtenju armature. V isto smer se premakne tudi fizični nevtral, ki v tem primeru zavzame položaj n1-n1.
Vpliv magnetnega polja armature na polje polov imenujemo reakcija armature. Reakcija armature negativno vpliva na delovanje generatorja. Krtače M-M električni stroji morajo biti vedno nameščeni v smeri fizične nevtralnosti. Zato je treba premakniti ščetke generatorja glede na geometrijsko nevtralnost za določen kot P (slika 7, c), saj sicer pride do močnega iskrenja med ščetkami in komutatorjem. Iskrenje povzroči opekline na površini komutatorja in ščetke ter jih onesposobi. Večji kot je tok armature, močnejša je reakcija armature, večji kot je treba premakniti ščetke. S pogostimi spremembami obremenitve generatorja dizelske lokomotive bi bilo treba skoraj nenehno spreminjati položaj njegovih ščetk.
Reakcija armature ne samo premakne magnetno polje glavnih polov, ampak ga tudi delno oslabi, kar vodi do zmanjšanja emisije, ki jo povzroča generator. d.s.
Da bi oslabili reakcijo armature v generatorjih, so med glavnimi poli nameščeni dodatni poli, včasih pa je za isti namen v polnih delih glavnih polov nameščeno kompenzacijsko navitje. Dodatni poli ustvarjajo dodatno magnetno polje, ki je v območjih vgradnje ščetk usmerjeno proti polju armature, zaradi česar je njegov učinek nevtraliziran (slika 8).
riž. 8. Generatorsko vezje z dodatnimi poli
Vendar to ni omejeno na pozitiven vpliv dodatni poli za delovanje generatorja. Po prehodu skozi nevtralno generatorja se smer toka v vsakem obratu navitja (glej sliko 7) zelo hitro spremeni v nasprotno. V nevtralnem položaju je tuljava v kratkem stiku s ščetkami. Tak obrat imenujemo komutacija (Komutacija iz latinske besede commutatio - sprememba, sprememba). V komutacijskih zavojih (odsekih) navitja armature zaradi zelo hitra sprememba smeri toka nastane precej velik emf. samoindukcijo in medsebojno indukcijo, ki jo imenujemo reaktivna emf. Ta e.m.f. v preklopnih odsekih se poveča z delovanjem magnetnega pretoka armature, ki jo prečkajo. Delovanje reaktivne emf. povzroči močno iskrenje ščetk. Dodatni poli so zasnovani tako, da je njihov magnetni pretok nekoliko večji od magnetnega pretoka armature. Zaradi tega se v preklopnih delih inducira dodatna emf. Novi e.m.f. ima smer nasprotno od reaktivne EMF in jo ugasne, kar preprečuje intenzivno iskrenje.
Magnetno polje armature se spreminja z obremenitvijo (tokom) generatorja, zato je za njegovo nevtralizacijo potrebno spremeniti polje kompenzacijske naprave. Navitje dodatnega pola je zaporedno povezano z navitjem armature in skozi njega teče celoten armaturni tok. Z naraščanjem toka generatorja se povečuje magnetni pretok armature, vendar se hkrati povečuje tudi kompenzacijski magnetni pretok dodatnih polov.
Kompenzacijsko navitje omogoča dodatno izboljšanje porazdelitve magnetnega pretoka v električnem stroju. Tako je na sliki 7 enostavno videti, da zaradi delovanja armaturne reakcije postane magnetni tok glavnih polov neenakomeren - na eni strani pola se okrepi, na drugi pa oslabi. . To vodi do neenakomerne obremenitve navitja armature, nekateri zavoji bodo preobremenjeni, delovni pogoji ščetk pa se bodo poslabšali.
S pomočjo kompenzacijskega navitja, ki se nahaja na glavnih polih, se odpravi popačenje magnetnega pretoka neposredno pod glavnimi poli. Vendar pa sočasna uporaba dodatnih polov in kompenzacijskih navitij bistveno oteži načrtovanje električnih strojev. Če je mogoče doseči zadovoljivo delovanje električnega stroja z uporabo dodatnih polov, potem poskušajo ne uporabiti kompenzacijskega navitja. Najdena kompenzacijska navitja praktična uporaba samo v močnih električnih strojih.
Naslednje slike prikazujejo generator G-21 pri 12 V, 0,22 kW, 1450 -7000 rpm.
seznanite se z napravo, princip delovanja, glavni načini delovanja generatorja enosmernega toka z neodvisnim vzbujanjem;
pridobijo praktične veščine zagona, upravljanja in zaustavitve generatorja enosmernega toka;
eksperimentalno potrditi teoretične podatke o značilnostih generatorja enosmernega toka.
Osnovna teoretična načela
Enosmerni električni stroji lahko delujejo tako v generatorskem kot v motornem načinu, tj. imajo lastnost reverzibilnosti.
DC generator - je električna stroj, namenjen pretvarjanju mehanske energije v enosmerno električno energijo.
DC motor- električni stroj, namenjen pretvarjanju enosmerne električne energije v mehansko.
Splošni pogled na enosmerni električni stroj je prikazan na sl. 1.
Zasnova enosmernega električnega stroja
Tako kot vsak drug električni stroj je tudi enosmerni stroj sestavljen iz mirujočega dela - stator in vrtljivi del - rotor 1 opravlja funkcijo sidra, saj se v njegovih navitjih inducira EMF.
Stator stroja vsebuje vzbujevalno navitje, ki ustvarja potreben magnetni tok F. Stator je sestavljen iz cilindričnega okvirja 2 (jekleno litje, jeklena cev ali varjene jeklene pločevine), na katerega so pritrjeni glavni 3 in dodatni 4 poli z navitji vzponov. Konci statorja so pokriti z ležajnimi ščitniki 5. Ležaji so vtisnjeni vanje in okrepljen je premik ščetk s ščetkami 6.
Armatura je sestavljena iz cilindričnega paketa (iz lakiranih pločevin elektrotehničnega jekla za dušenje vrtinčnih tokov). Navitje, povezano z zbiralec 7; vse to je pritrjeno na gred armature.
Princip delovanja
Najenostavnejši električni avto lahko predstavimo kot tuljavo, ki se vrti v magnetnem polju (slika 2, A,b). Konci tuljave so izpeljani na dve kolektorski plošči. Fiksne ščetke so pritisnjene na komutatorske plošče, na katere je priključen zunanji tokokrog.
Načelo delovanja električnega stroja temelji na pojavu elektromagnetne indukcije. Razmislimo o principu delovanja električnega stroja v generatorskem načinu. Pustite, da se tuljava poganja v vrtenje z zunanjim pogonskim motorjem (PD). Tuljava prečka magnetno polje in po zakonu elektromagnetne indukcije se v njej inducira spremenljiva emf , katere smer je določena z desnim pravilom. Če je zunanje vezje zaprto, bo skozi njega tekel tok, usmerjen od spodnje krtače do potrošnika in od njega do zgornje krtače. Spodnja krtača se izkaže za pozitivni terminal generatorja, zgornja krtača pa za negativni terminal. Ko se zavoj zavrti za 180 0, se vodniki iz območja enega pola premaknejo v območje drugega pola in smer EMF v njih se spremeni v nasprotno. Hkrati zgornja komutatorska plošča pride v stik s spodnjo krtačo, spodnja plošča pa z zgornjo krtačo, smer toka v zunanjem tokokrogu se ne spremeni. Tako kolektorske plošče ne zagotavljajo le povezave med vrtljivo tuljavo in zunanjim tokokrogom, temveč delujejo tudi kot preklopna naprava, tj. so najenostavnejši mehanski usmernik.
Za zmanjšanje valovanja v generatorju enosmernega toka je namesto ene tuljave okoli oboda armature nameščenih več enakomerno razporejenih navitij, ki tvorijo navitje armature in so povezani za spreminjanje polarnosti emf na kolektor, sestavljen iz večjega števila segmenti. Zato EMF v tokokrogu med sponkami ščetk ne pulzira več tako močno, tj. se izkaže za skoraj konstantno.
Za to konstantno EMF velja naslednji izraz:
E=z 1 Фn,
kje z 1 - koeficient, odvisen od konstrukcijskih elementov armature in števila polov električnega stroja; F- magnetni tok; n- frekvenca vrtenja armature.
Ko stroj deluje v generatorskem načinu, tok teče skozi zaprto zunanje vezje in obrat navitja armature jaz = jaz I, katerega smer sovpada s smerjo EMF (glej sliko 2, b). Po Amperovem zakonu interakcija toka i in magnetno polje IN ustvarja moč f, ki je usmerjen pravokotno IN in i. Smer sile f je določeno s pravilom leve roke: sila deluje na zgornji vodnik v levo, na spodnji vodnik - v desno. Ta par sil ustvarja navor M vr, v tem primeru usmerjena v nasprotni smeri urinega kazalca in enaka
M=z 2 Fjaz jaz
Ta moment nasprotuje pogonskemu momentu, tj. je zavorni trenutek.
Tok armature jaz jaz vzroki v navitju armature z uporom R jaz padec napetosti R jaz jaz jaz , torej pod obremenitvijo napetost U na vodnikih ščetk je manj kot EMF, namreč
U = E – R jaz jaz jaz
§ 105. NAPRAVA GENERATORJA DC
Nepremični del v enosmernih strojih je induktiven, tj. ustvarja magnetno polje, vrtljivi del pa je induciran (armatura).
Stacionarni del stroja (slika 134, a) je sestavljen iz glavnih polov 1, dodatnih polov 2 in okvirja 3. Glavni pol (slika 134, b) je elektromagnet, ki ustvarja magnetni tok. Sestavljen je iz jedra 4, vzbujalnega navitja 7 in pola 8. Poli so pritrjeni na okvir 6 s pomočjo sornika 5. Jedro pola je ulito iz jekla in ima ovalni prečni prerez. Jedro pola je označeno z vzbujevalno tuljavo, zvito iz izolirane bakrene žice. Tuljave vseh polov so zaporedno povezane in tvorijo vzbujevalno navitje. Tok, ki teče skozi navitje polja, ustvarja magnetni tok. Pol drži navitje polja na polu in zagotavlja enakomerno porazdelitev magnetnega polja pod drogom. Pol je oblikovan tako, da je zračna reža med poli in armaturo enaka po celotni dolžini polnega loka. Dodatni poli imajo tudi jedro in navitje.
Dodatni drogovi so nameščeni na sredinah med glavnimi drogovi, njihovo število pa je lahko eno ali drugo enako število glavnih polov, ali polovico manj. Dodatni drogovi so nameščeni v močnih strojih in služijo za preprečevanje iskrenja pod krtačami. V strojih z nizko močjo običajno ni dodatnih polov.
Okvir je ulit iz jekla in je skelet stroja, na okvir pa so pritrjeni dodatni drogovi, na končnih straneh pa so pritrjeni stranski ščiti z ležaji. S pomočjo okvirja je stroj nameščen na temelj.
Vrtljivi del stroja (armatura) (slika 135, a) je sestavljen iz jedra 1, navitja 2 in kolektorja 3. Jedro armature je valj, sestavljen iz pločevine električnega jekla. Listi so med seboj izolirani z lakom ali papirjem, da se zmanjšajo izgube zaradi vrtinčnih tokov. Jeklene pločevine so vtisnjene na strojih po predlogi; imajo utore, v katere so položeni vodniki armaturnega navitja. V telesu armature so izdelani zračni kanali za hlajenje navitja in jedra armature.
Armaturno navitje je izdelano iz bakra izolirana žica ali iz bakrenih palic pravokotnega prereza. Sestavljen je iz delov, izdelanih na posebnih šablonah in nameščenih v utore jedra armature. Odsek z enim zavojem je sestavljen iz dveh aktivnih žic, povezanih med seboj.
Odseki imajo lahko ne enega, ampak več zavojev. Takšni odseki se imenujejo večobratni. Navitje je skrbno izolirano od jedra in pritrjeno v utore z lesenimi klini. Čelni spoji so ojačani z jeklenimi trakovi. Vsi odseki navitij, nameščeni na armaturi, so zaporedno povezani med seboj in tvorijo zaprt krog. Žice, ki povezujejo obe sekciji, sledijo ena za drugo po vzorcu navijanja, so povezane s kolektorskimi ploščami.
Zbiralnik je valj, sestavljen iz posameznih plošč. Kolektorske plošče so izdelane iz trdo vlečenega bakra in so med seboj in od telesa izolirane z mikanitnimi tesnili. Za pritrditev na pušo so komutatorske plošče oblikovane v lastovičji rep, ki je vpet med štrlino na puši in podložko, oblikovano tako, da ustreza obliki plošče. Podložka je pritrjena na pušo z vijaki.
Kolektor je konstrukcijsko najbolj zapleten in najbolj kritičen del stroja. Površina komutatorja mora biti strogo cilindrična, da se izognete udarcem in iskrenju ščetk.
Za povezavo armaturnega navitja z zunanjim tokokrogom so na komutator nameščene fiksne ščetke, ki so lahko grafitne, karbografitne ali bronastografitne. Pri visokonapetostnih strojih se uporabljajo grafitne ščetke, ki imajo velik kontaktni upor med ščetko in komutatorjem, pri strojih nizka napetost- bronasto-grafitne ščetke. Ščetke so nameščene v posebnih držalih za ščetke (slika 135, b). Krtačo 4, nameščeno v kletki držala krtače, vzmet 5 pritisne na komutator. Vsako držalo krtač lahko vsebuje več vzporedno povezanih krtač.
Nosilci krtač so nameščeni na zatičnih vijakih krtač, ki so nato pritrjeni na traverzo. Držalo ščetke ima luknjo za pritrditev na zatič ščetke.
Prsti ščetke so izolirani od traverze z izolacijskimi podložkami in pušami. Število držal za ščetke je običajno enako številu polov.
Traverza je nameščena na ležajnem ščitu v majhnih in srednja moč ali pritrjen na okvir v strojih z veliko močjo. Traverzo je mogoče vrteti in s tem spremeniti položaj ščetk glede na poli.
Običajno je traverza nameščena v položaju, v katerem lokacija ščetk v prostoru sovpada z lokacijo srednjih točk glavnih polov.
Pa si poglejmo princip delovanja generatorja enosmernega toka, spoznajmo ga oblikovne značilnosti in princip delovanja.
Deluje na podlagi zakona elektromagnetne indukcije. Po tem zakonu se v prevodniku, ki se giblje v magnetnem polju in prečka magnetni tok, inducira emf.
Magnetno vezje, skozi katerega je zaprt magnetni tok, je eden glavnih deli generatorja DC.
Magnetna vezje generatorja enosmernega toka(prikazano na sliki 1) je sestavljeno iz mirujočega dela - statorja (1) in vrtljivega dela - rotorja (4).
Stator je jekleno telo, na katerega so pritrjeni drugi strojni deli, vključno z magnetni poli(2). Na magnetnih polih je nameščeno vzbujalno navitje (3), ki se napaja z enosmernim tokom in ustvarja glavni magnetni pretok Ф0.
Magnetno vezje štiripolnega enosmernega generatorja.
Listi, iz katerih je sestavljeno magnetno vezje rotorja: a - z odprtimi utori, b - s polzaprtimi utori
Rotor stroja je sestavljen iz žigosanega jeklene pločevine z utori po obodu in z luknjami za gred in ventilacijo. Delovno navitje enosmernega generatorja vstavljen v utore rotorja (5 na sliki 1). To navitje inducira emf glavnega magnetnega toka. Navitje imenujemo tudi navitje armature, torej Rotor DC generatorja običajno imenovano sidro.
Pomen generator emf DC se lahko spremeni, vendar njegova polarnost ostane nespremenjena. Načelo delovanja generatorja enosmernega toka je prikazano na sliki 3.
Magnetni tok ustvarjajo poli trajnega magneta. Predpostavimo, da je navitje armature sestavljeno iz enega zavoja, katerega konci so povezani z različnimi polobroči, ki so med seboj izolirani. Iz teh pol obročev se oblikuje kolektor, ki se vrti skupaj z zavojem navitja armature. Istočasno se stacionarne ščetke premikajo vzdolž komutatorja.
Ko se tuljava vrti v magnetnem polju, se v njej inducira emf: e = B*l*v
- kjer je B magnetna indukcija, l dolžina prevodnika, v njegova linearna hitrost.
Ko ravnina tuljave sovpada z ravnino središčnice polov (tuljava je nameščena navpično), vodniki prečkajo največji magnetni tok. V tem času se v njih inducira največji EMF. V primeru, ko tuljava zavzame vodoravni položaj, je emf v vodnikih enak nič.
V vodniku je smer EMF določena z desnim pravilom (na sliki 3 je prikazano kot puščice). Ko med vrtenjem tuljave prevodnik prehaja pod drugim polom, se smer EMF v njem spremeni v nasprotno. Ker pa se komutator vrti s tuljavo, krtače pa mirujejo, je na zgornjo krtačo, ki se nahaja pod severnim polom, vedno povezan prevodnik, katerega emf je usmerjen od krtače. Zaradi tega ostane polarnost ščetk nespremenjena in zato ostane nespremenjena v smeri EMF na ščetkah - e (slika 4).
Najenostavnejši enosmerni generator A.
Sprememba časa EMF najpreprostejšega generatorja enosmernega toka.
Kljub temu, da EMF najpreprostejši generator enosmernega toka je konstanten v smeri, vendar se spreminja v vrednosti. Ker za en obrat obrata EMF zavzame 2-kratno vrednost, ki je enaka nič, in 2-kratno največjo vrednost. Za večino sprejemnikov DC je EMF s tako velikim valovanjem neprimeren in ga, strogo gledano, ni mogoče imenovati konstanten.
Za zmanjšanje valovanja je armaturno navitje generatorja enosmernega toka izdelano iz veliko število zavojev (tuljav), kolektor pa je sestavljen iz velikega števila med seboj izoliranih kolektorskih plošč.
Da bi podrobneje preučili postopek glajenja pulzacij, vzemimo za primer navijanje obročaste armature (slika 5). Sestavljen je iz štirih tuljav (1, 2, 3, 4), vsaka z dvema zavojema. Armatura se giblje v smeri urinega kazalca s frekvenco n in v vodnikih armaturnega navitja, ki se nahajajo na zunaj armaturo, se inducira EMF (smer gibanja je označena s puščicami).
Navitje armature je zaprto vezje, ki je sestavljeno iz zaporednih povezav. V tem primeru navitje armature glede na krtače predstavlja dve vzporedni veji. Na sliki 5a je ena vzporedna veja sestavljena iz tuljave 2, druga iz tuljave 4 (v tuljavah 1 in 3 se ne inducira EMF in sta na obeh koncih povezani z eno krtačo). Na sliki 5b je sidro prikazano v položaju, ki ga zavzame po 1/8 obrata. V tem položaju je ena vzporedna veja navitja armature sestavljena iz zaporedno vezanih tuljav 1 in 2, druga pa iz zaporedno povezanih tuljav 3 in 4.
Shema najpreprostejšega generatorja enosmernega toka z obročasto armaturo.
Ko se armatura vrti glede na ščetke, ima vsaka tuljava konstantno polariteto.
Slika 6a prikazuje, kako se EMF tuljav spreminja skozi čas, ko se armatura vrti. EMF na ščetkah je enak EMF vsake od vzporednih vej navitja armature.
Iz slike 5 je razvidno, da je emf vzporedne veje enak bodisi vsoti emf dveh sosednjih tuljav bodisi emf ene tuljave:
Zaradi tega se pulzacije EMF navitja armature opazno zmanjšajo (slika 6b). To pomeni, da lahko s povečanjem števila ovojev in kolektorskih plošč dosežete skoraj konstanten EMF navitja armature.
Časovna sprememba EMF tuljav in navitja obročaste armature.