Як влаштовані генератори постійного та змінного струму

Як влаштовані генератори постійного та змінного струму

Принцип роботи найпростішого генератора

Фізичні закони, які дозволяють створювати сучасні електричні установки для вироблення електроенергії за рахунок перетворень механічної енергії, відкриті вченими Ерстед і Фарадеєм.

У конструкції будь-якого генератора реалізується принцип електромагнітної індукції, коли відбувається наводка електричного струму в замкнутій рамці за рахунок перетину її обертовим магнітним полем, яке створюється постійними магнітами в спрощених моделях побутового використання або обмотками збудження на промислових виробах підвищених потужностей.

При обертанні рамки змінюється величина магнітного потоку.

Електрорушійна сила, що наводиться в витку, залежить від швидкості зміни магнітного потоку, що пронизує рамку в замкнутому контурі S, і прямо пропорційна його значенням. Чим швидше здійснюється обертання ротора, тим вище величина виробляється напруги.

Для того щоб створити замкнутий контур і відвести з нього електричний струм, потрібно було створити колектор і щітковий вузол, що забезпечує постійний контакт між обертається рамкою і стаціонарно розташованої частиною схеми

За рахунок конструкції пружних щіток, притискає до колекторним пластин, відбувається передача електричного струму на вихідні клеми, а з них далі він надходить в мережу споживача.

Принцип роботи найпростішого генератора постійного струму

При обертанні рамки навколо осі її ліва і права половинки циклічно проходять біля південного або північного полюса магнітів. У них кожен раз відбувається зміна напрямків струмів на протилежне так, що у кожного полюса вони протікають в одну сторону.

Для того щоб у вихідний ланцюга створювався постійний струм, на колекторному вузлі створено півкільце для кожної половинки обмотки. Прилеглі до кільця щітки знімають потенціал тільки свого знака: позитивний або негативний.

Оскільки півкільце обертається рамки розімкнуте, то в ньому створюються моменти, коли струм досягає максимального значення або відсутній. Щоб підтримувати не тільки напрямок, але і постійну величину виробляється напруги, рамку виготовляють по спеціально підготовленої технології:

 — у неї використовують не один виток, а кілька - в залежності від величини запланованого напруги;

 — число рамок не обмежується одним екземпляром: їх намагаються зробити достатню кількість для оптимального підтримання перепадів напруги на одному рівні.

У генератора постійного струму обмотки ротора розташовують в пазах магнітопроводу. Це дозволяє скорочувати втрати наводимого електромагнітного поля.

Конструктивні особливості генераторів постійного струму

Основними елементами пристрою є:

 — зовнішня силова рама;

 — магнітні полюси;

 — статор;

 — обертовий ротор;

 — комутаційний вузол з щітками.

Корпус виготовляють зі сталевих сплавів або чавуну для додання механічної міцності загальної конструкції. Додатковим завданням корпусу є передача магнітного потоку між полюсами.

Полюса магнітів кріплять до корпусу шпильками або болтами. На них монтують обмотку.

Статор, званий ще ярмом або остовом, виготовляють з феромагнітних матеріалів. На ньому розміщують обмотку котушки збудження. Сердечник статора оснащений магнітними полюсами, що утворюють його магнітне силове поле.

Ротор має синонім: якір. Його магнітопровід складається з шихтованних пластин, що знижують утворення вихрових струмів і підвищують ККД. У пази сердечника закладені обмотки ротора і / або самозбудження.

Комутаційний вузол із щітками може мати різну кількість полюсів, але воно завжди кратно двом. Матеріалом щіток зазвичай використовують графіт. Колекторні пластини виготовляють з міді, як найбільш оптимального металу, відповідного по електричним властивостям провідності струму.