Генера́тор пості́йного стру́му — електрична машина постійного струму (генератор, що виробляє напругу постійної величини), яка перетворює механічну енергію на електричну.
Дія генератора постійного струму ґрунтується на явищі електромагнітної індукції: збудженні змінної електрорушійної сили (ЕРС) в обвитці ротора (якоря), під час його обертання в основному магнітному полі, створюваному обвиткою збудження на полюсах. Обвитка ротора з'єднана з колектором (механічним перетворювачем змінної ЕРС на постійну напругу), по пластинах якого ковзають контактні щітки, які почергово приєднують обвитку до зовнішнього електричного кола. Розрізняють генератори постійного струму з незалежним збудженням (від стороннього джерела струму) та із залежним збудженням (самозбудженням), зумовленим залишковим магнетизмом у станині й полюсах. Потужність генераторів постійного струму — від кількох ват до десятків тисяч кіловат, напруга — від одиниць до сотень і тисяч вольт. ККД їх, за повного навантаження — від 0,7 (малопотужні генератори) до 0,96 — генератори великої потужності. Генератори постійного струму застосовують для живлення електродвигунів постійного струму, у зварювальних пристроях, електричних установках літаків, тепловозів, автомобілів, у пристроях автоматики (мікрогенератори постійного струму), для електролізу тощо.
Спосіб роботи генератора постійного струму
Якщо до кінців петлі провідника, всередині якої обертається постійний магніт, приєднати навантаження, то в ній потече змінний струм. Станеться це через те, що полюси магніту міняються місцями. На цьому явищі засновано принцип роботи генераторів змінного струму, які є братами-близнюками машин постійного струму.
Вся хитрість, завдяки якій отримується струм котрий не змінює напрямку, полягає в тому, щоби встигати перемикати точки приєднання навантаження з тією ж швидкістю, з якою обертається магніт. Здійснити це завдання може тільки комутатор — особливий пристрій, котрий складається з декількох струмопровідних секторів, розділених діелектричними пластинами. Він закріплюється на якорі електричної машини і обертається синхронно з ним.
Знімання електричної енергії з якоря здійснюється щітками — здебільшого підпружиненими шматочками графіту, який має високу електропровідність і низький коефіцієнт тертя ковзання. В ту мить, коли струмопровідні сектори колектора міняються місцями, індукована ЕРС стає нульовою, але змінити знак вона не встигає, оскільки щітку вже передано струмознімальному сектору, приєднаному до іншого кінця провідника.
У підсумку, на виході пристрою виходить пульсова напруга однієї величини. Щоб згладити пульсацію напруги, використовується кілька якірних обмоток. Чим їх більше, тим менше кидки напруги на виході генератора. Кількість струмознімальних секторів на колекторі завжди вдвічі більше, ніж обмоток якоря.
Знімання виробленої напруги з обмотки якоря, а не статора, є корінною відмінністю машини постійного струму від генератора змінного струму. Це ж зумовило і їх істотну ваду: втрати на тертя між щітками і колектором, іскріння та нагрівання.
Будова
Як і будь-яка електрична машина, генератор постійного струму, складається з якоря і статора.
Якір збирається зі сталевих пластин з поглибленнями, в які вкладаються обвитки. Їх кінці приєднуються до колектора, який складається з мідних пластин, розділених діелектриком. Колектор, якір з обвитками і вал електричної машини, після складання стають єдиним цілим.
Статор генератора є одночасно і його корпусом, на внутрішній поверхні якого закріплюється кілька пар постійних або електричних магнітів. Зазвичай використовуються електричні, осердя яких можуть бути відлиті разом з корпусом (для машин малої потужності) або набрані з металевих пластин.
Також на корпусі передбачається місце для кріплення струмознімальних щіток. Залежно від кількості полюсів магнітів на статорі, змінюється і кількість графітових елементів. Скільки пар полюсів, стільки-ж і щіток.
Типи увімкнення електричних магнітів статора
Генератори постійного струму різняться за типом приєднання електричних магнітів статора. Вони можуть бути:
- з незалежним збудженням;
- паралельним;
- послідовним.
За незалежного збудження, електричні магніти статора приєднуються до окремого джерела постійного струму. Зазвичай це робиться крізь реостат. Перевагою такої схеми, є можливість регулювання генерованої електричної потужності в широких межах. Вадою — потреба мати додаткове джерело живлення.
Інші два способи, є окремими випадками самозбудження генератора, яке можливо за невеликого залишкового магнетизму статора. За паралельного збудження генератора постійного струму, електромагніти статора живляться частиною виробленої напруги. Це найбільш поширена схема.
У разі послідовного збудження коло електромагнітів вмикається послідовно з навантажувальним колом якоря. Величина струму, що протікає електромагнітами, істотно залежить від навантаження генератора. Тож така схема використовується тільки для увімкнення тягових двигунів постійного струму, які при гальмуванні переходять в режим генерації.
Застосовується і змішана схема приєднання обмотки збудження — паралельно-послідовна. Для цього на кожному полюсі електромагніту, повинно бути дві ізольовані обвитки (вмикаються послідовно та зазвичай, складаються всього з двох–трьох витків). Такі електричні машини застосовуються в тому разі, коли треба обмежити струм короткого замикання в навантаженні. Наприклад, у пересувних зварювальних агрегатах.
Наявність колекторно-щіткового вузла, істотно ускладнює будову електричної машини. Крім того, передавання виробленої енергії крізь нього, здійснюється з великими втратами і фізичними навантаженнями. Внаслідок цього, там де це можливо, машини постійного струму замінюють асинхронними генераторами з випрямлячем. Такими, наприклад, є всі автомобільні джерела електроенергії.
Див. також
Джерела
- Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Genera tor posti jnogo stru mu elektrichna mashina postijnogo strumu generator sho viroblyaye naprugu postijnoyi velichini yaka peretvoryuye mehanichnu energiyu na elektrichnu Shematichno pokazano sposib roboti kolektora i priyednannya do yakirnih obmotok Vsi skladniki krim vugilnih shitok z poznachennyam S i M obertayutsya Diagrama nizhche pokazuye naprugu yaku mozhna otrimati Na kreslenni takozh pokazano obmotki rotora vikonani u viglyadi kilcya Gremma sho z yavilisya cherez bagato rokiv pislya pershogo komutatora Hippolyte Pixii Diya generatora postijnogo strumu gruntuyetsya na yavishi elektromagnitnoyi indukciyi zbudzhenni zminnoyi elektrorushijnoyi sili ERS v obvitci rotora yakorya pid chas jogo obertannya v osnovnomu magnitnomu poli stvoryuvanomu obvitkoyu zbudzhennya na polyusah Obvitka rotora z yednana z kolektorom mehanichnim peretvoryuvachem zminnoyi ERS na postijnu naprugu po plastinah yakogo kovzayut kontaktni shitki yaki pochergovo priyednuyut obvitku do zovnishnogo elektrichnogo kola Rozriznyayut generatori postijnogo strumu z nezalezhnim zbudzhennyam vid storonnogo dzherela strumu ta iz zalezhnim zbudzhennyam samozbudzhennyam zumovlenim zalishkovim magnetizmom u stanini j polyusah Potuzhnist generatoriv postijnogo strumu vid kilkoh vat do desyatkiv tisyach kilovat napruga vid odinic do soten i tisyach volt KKD yih za povnogo navantazhennya vid 0 7 malopotuzhni generatori do 0 96 generatori velikoyi potuzhnosti Generatori postijnogo strumu zastosovuyut dlya zhivlennya elektrodviguniv postijnogo strumu u zvaryuvalnih pristroyah elektrichnih ustanovkah litakiv teplovoziv avtomobiliv u pristroyah avtomatiki mikrogeneratori postijnogo strumu dlya elektrolizu tosho Sposib roboti generatora postijnogo strumuZobrazhennya sposobu roboti generatora Yaksho do kinciv petli providnika vseredini yakoyi obertayetsya postijnij magnit priyednati navantazhennya to v nij poteche zminnij strum Stanetsya ce cherez te sho polyusi magnitu minyayutsya miscyami Na comu yavishi zasnovano princip roboti generatoriv zminnogo strumu yaki ye bratami bliznyukami mashin postijnogo strumu Vsya hitrist zavdyaki yakij otrimuyetsya strum kotrij ne zminyuye napryamku polyagaye v tomu shobi vstigati peremikati tochki priyednannya navantazhennya z tiyeyu zh shvidkistyu z yakoyu obertayetsya magnit Zdijsniti ce zavdannya mozhe tilki komutator osoblivij pristrij kotrij skladayetsya z dekilkoh strumoprovidnih sektoriv rozdilenih dielektrichnimi plastinami Vin zakriplyuyetsya na yakori elektrichnoyi mashini i obertayetsya sinhronno z nim Znimannya elektrichnoyi energiyi z yakorya zdijsnyuyetsya shitkami zdebilshogo pidpruzhinenimi shmatochkami grafitu yakij maye visoku elektroprovidnist i nizkij koeficiyent tertya kovzannya V tu mit koli strumoprovidni sektori kolektora minyayutsya miscyami indukovana ERS staye nulovoyu ale zminiti znak vona ne vstigaye oskilki shitku vzhe peredano strumoznimalnomu sektoru priyednanomu do inshogo kincya providnika U pidsumku na vihodi pristroyu vihodit pulsova napruga odniyeyi velichini Shob zgladiti pulsaciyu naprugi vikoristovuyetsya kilka yakirnih obmotok Chim yih bilshe tim menshe kidki naprugi na vihodi generatora Kilkist strumoznimalnih sektoriv na kolektori zavzhdi vdvichi bilshe nizh obmotok yakorya Znimannya viroblenoyi naprugi z obmotki yakorya a ne statora ye korinnoyu vidminnistyu mashini postijnogo strumu vid generatora zminnogo strumu Ce zh zumovilo i yih istotnu vadu vtrati na tertya mizh shitkami i kolektorom iskrinnya ta nagrivannya BudovaYak i bud yaka elektrichna mashina generator postijnogo strumu skladayetsya z yakorya i statora Yakir zbirayetsya zi stalevih plastin z pogliblennyami v yaki vkladayutsya obvitki Yih kinci priyednuyutsya do kolektora yakij skladayetsya z midnih plastin rozdilenih dielektrikom Kolektor yakir z obvitkami i val elektrichnoyi mashini pislya skladannya stayut yedinim cilim Stator generatora ye odnochasno i jogo korpusom na vnutrishnij poverhni yakogo zakriplyuyetsya kilka par postijnih abo elektrichnih magnitiv Zazvichaj vikoristovuyutsya elektrichni oserdya yakih mozhut buti vidliti razom z korpusom dlya mashin maloyi potuzhnosti abo nabrani z metalevih plastin Takozh na korpusi peredbachayetsya misce dlya kriplennya strumoznimalnih shitok Zalezhno vid kilkosti polyusiv magnitiv na statori zminyuyetsya i kilkist grafitovih elementiv Skilki par polyusiv stilki zh i shitok Tipi uvimknennya elektrichnih magnitiv statoraGeneratori postijnogo strumu riznyatsya za tipom priyednannya elektrichnih magnitiv statora Voni mozhut buti z nezalezhnim zbudzhennyam paralelnim poslidovnim Za nezalezhnogo zbudzhennya elektrichni magniti statora priyednuyutsya do okremogo dzherela postijnogo strumu Zazvichaj ce robitsya kriz reostat Perevagoyu takoyi shemi ye mozhlivist regulyuvannya generovanoyi elektrichnoyi potuzhnosti v shirokih mezhah Vadoyu potreba mati dodatkove dzherelo zhivlennya Inshi dva sposobi ye okremimi vipadkami samozbudzhennya generatora yake mozhlivo za nevelikogo zalishkovogo magnetizmu statora Za paralelnogo zbudzhennya generatora postijnogo strumu elektromagniti statora zhivlyatsya chastinoyu viroblenoyi naprugi Ce najbilsh poshirena shema U razi poslidovnogo zbudzhennya kolo elektromagnitiv vmikayetsya poslidovno z navantazhuvalnim kolom yakorya Velichina strumu sho protikaye elektromagnitami istotno zalezhit vid navantazhennya generatora Tozh taka shema vikoristovuyetsya tilki dlya uvimknennya tyagovih dviguniv postijnogo strumu yaki pri galmuvanni perehodyat v rezhim generaciyi Zastosovuyetsya i zmishana shema priyednannya obmotki zbudzhennya paralelno poslidovna Dlya cogo na kozhnomu polyusi elektromagnitu povinno buti dvi izolovani obvitki vmikayutsya poslidovno ta zazvichaj skladayutsya vsogo z dvoh troh vitkiv Taki elektrichni mashini zastosovuyutsya v tomu razi koli treba obmezhiti strum korotkogo zamikannya v navantazhenni Napriklad u peresuvnih zvaryuvalnih agregatah Nayavnist kolektorno shitkovogo vuzla istotno uskladnyuye budovu elektrichnoyi mashini Krim togo peredavannya viroblenoyi energiyi kriz nogo zdijsnyuyetsya z velikimi vtratami i fizichnimi navantazhennyami Vnaslidok cogo tam de ce mozhlivo mashini postijnogo strumu zaminyuyut asinhronnimi generatorami z vipryamlyachem Takimi napriklad ye vsi avtomobilni dzherela elektroenergiyi Div takozhElektrichnij generator Generator zminnogo strumu Dizelnij generator Elektrorushijna sila Elektromagnetizm Elektrichna napruga Zminnij strumDzherelaUkrayinska radyanska enciklopediya u 12 t gol red M P Bazhan redkol O K Antonov ta in 2 ge vid K Golovna redakciya URE 1974 1985