Generatori di corrente continua

Il principio di funzionamento del generatore DC

Il generatore si basa sull'uso di la legge dell'induzione elettromagnetica, secondo cui in un conduttore che si muove in un campo magnetico e attraversa il flusso magnetico, è indotto da ef.

Una delle parti principali di una macchina DC è il circuito magnetico attraverso il quale il flusso magnetico è chiuso. Il circuito magnetico di una macchina DC (Fig. 1) è costituito da una parte fissa - statore 1 e una parte rotante - rotore 4. Lo statore è una cassa in acciaio a cui sono fissate altre parti della macchina, compresi i poli magnetici 2. Su i poli magnetici 3, viene posizionata una bobina eccitante, alimentata da corrente continua e che crea il flusso magnetico principale Ф0.

Riso. 1. Circuito magnetico di una macchina CC quadripolare

Riso. 2. Fogli da cui è assemblato il circuito magnetico del rotore: a - con canali aperti, b - con canali semichiusi

Il rotore della macchina è assemblato da lamiere di acciaio stampate con scanalature circonferenziali e fori per l'albero e la ventilazione (Fig. 2). Nei canali (5 in Fig. 1) del rotore è posto l'avvolgimento di lavoro della macchina DC, cioè l'avvolgimento in cui em è indotto dal flusso magnetico principale. eccetera. conQuesto avvolgimento è chiamato avvolgimento dell'armatura (quindi il rotore di una macchina CC è solitamente chiamato armatura).

Il significato di e. ecc. c. Il generatore CC può essere commutato ma la sua polarità rimane costante. Il principio di funzionamento del generatore DC è mostrato in fig. 3.

I poli di un magnete permanente creano un flusso magnetico. Immagina che l'avvolgimento dell'armatura sia costituito da un giro, le cui estremità sono attaccate a diversi semianelli, isolati l'uno dall'altro. Questi semianelli formare un collezionista, che ruota con il giro dell'avvolgimento dell'indotto. Allo stesso tempo, le spazzole fisse scorrono lungo il raccoglitore.

Quando la bobina ruota in un campo magnetico, viene indotta una fem

dove B è l'induzione magnetica, l è la lunghezza del filo, v è la sua velocità lineare.

Quando il piano della bobina coincide con il piano della linea centrale dei poli (la bobina è posizionata verticalmente), i fili attraversano il flusso magnetico massimo e in essi viene indotto il valore massimo di e. eccetera. c. Quando il contorno è orizzontale, ad es. eccetera. v. nei fili è zero.

La direzione di e., ecc. p nel conduttore è determinato dalla regola della mano destra (in Fig. 3 è mostrato dalle frecce). Quando durante la rotazione della bobina il filo passa sotto l'altro polo, la direzione di e. eccetera. v. è convertito. Ma poiché il collettore ruota con la bobina e le spazzole sono fisse, allora un filo situato sotto il polo nord è sempre collegato alla spazzola superiore, ad es. eccetera. v. che è diretto lontano dal pennello. Di conseguenza, la polarità delle spazzole rimane invariata e quindi rimane invariata nella direzione e. eccetera. su pennelli — egSCH (Fig. 4).

Riso. 3. Il generatore DC più semplice

Riso. 4. Variazione nel tempo della forza elettromotrice.il generatore DC più semplice

Sebbene e. ecc. c.Il generatore di corrente continua più semplice è costante nella direzione, il suo valore cambia, ruotando due volte il massimo e due volte i valori zero in un giro. Una CC con un'ondulazione così ampia non è adatta per la maggior parte dei ricevitori CC e nel senso stretto del termine non può essere definita costante.

Per ridurre il ripple, l'avvolgimento dell'indotto 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.

Consideriamo il processo di levigatura delle onde, usando l'esempio di un avvolgimento di armatura circolare (Fig. 5), costituito da quattro avvolgimenti (1, 2, 3, 4), due spire ciascuno. L'armatura ruota in senso orario con una frequenza n ed e viene indotta nei fili di avvolgimento dell'armatura situati all'esterno dell'armatura. eccetera. (la direzione è indicata dalle frecce).

L'avvolgimento dell'armatura è un circuito chiuso costituito da spire collegate in serie. Ma in termini di spazzole, l'avvolgimento dell'armatura è costituito da due rami paralleli. Nella fig. 5, e un ramo parallelo è costituito dalla bobina 2, il secondo è costituito dalla bobina 4 (nelle bobine 1 e 3, l'EMF non è indotto e sono collegati ad entrambe le estremità a una spazzola). Nella fig. 5b, l'ancora è rappresentata nella posizione che assume dopo 1/8 di giro. In questa posizione, un avvolgimento di indotto parallelo è costituito dalle bobine 1 e 2 collegate in serie e il secondo dalle bobine 3 e 4 collegate in serie.

Riso. 5. Schema del generatore CC più semplice con un'armatura ad anello

Ogni bobina, quando l'indotto ruota rispetto alle spazzole, ha una polarità costante. Cambio di indirizzo, ecc. c. gli avvolgimenti in tempo con la rotazione dell'indotto sono mostrati in fig. 6, un. d.d.C. sui pennelli è uguale a e. eccetera. v. ogni ramo parallelo dell'avvolgimento dell'indotto. Fico. 5 mostra che e. ecc. c. il ramo parallelo è uguale a o e. eccetera. c. una bobina o la quantità e. eccetera. c. due avvolgimenti adiacenti:

Come risultato di questa pulsazione di e. eccetera. c. gli avvolgimenti dell'indotto sono significativamente ridotti (Fig. 6, b). Aumentando il numero di spire e piastre collettrici si può ottenere un irraggiamento pressoché costante. eccetera. v. avvolgimenti dell'indotto.

Progettazione del generatore CC

Nel processo di progresso tecnico nell'ingegneria elettrica, il design delle macchine DC cambia, sebbene i dettagli di base rimangano gli stessi.

Considera un dispositivo di uno dei tipi di macchine DC prodotte dall'industria. Come detto, le parti principali della macchina sono lo statore e l'indotto. Lo statore 6 (Fig. 7), realizzato sotto forma di un cilindro in acciaio, serve sia per fissare altre parti che per proteggere da danni meccanici ed è una parte fissa del circuito magnetico.

I poli magnetici 4 sono attaccati allo statore, che può essere magneti permanenti (per macchine di bassa potenza) o elettromagneti. In quest'ultimo caso, sui poli è posta una bobina di eccitazione 5, alimentata con corrente continua e che crea un flusso magnetico stazionario rispetto allo statore.

Con un gran numero di poli, i loro avvolgimenti sono collegati in parallelo o in serie, ma in modo che i poli nord e sud si alternino (vedi Fig. 1). Tra i poli principali si trovano pali aggiuntivi con i propri avvolgimenti. Gli scudi 7 sono fissati allo statore (Fig. 7).

L'armatura 3 della macchina DC è assemblata in lamiera d'acciaio (vedi Fig. 2) per ridurre le perdite di potenza dovute alle correnti parassite. I fogli sono isolati l'uno dall'altro.L'armatura è una parte mobile (rotante) del circuito magnetico della macchina. La bobina dell'armatura o bobina di lavoro 9 è posizionata nei canali dell'armatura.

Riso. 6. Variazione temporale dell'EMF dagli avvolgimenti e dall'avvolgimento dell'armatura ad anello

Le macchine sono attualmente prodotte con un tipo di avvolgimento ad armatura ea tamburo. L'avvolgimento di armatura ad anello precedentemente considerato presenta lo svantaggio che ad es. eccetera. c. è indotto solo nei conduttori situati sulla superficie esterna dell'armatura. Pertanto, solo la metà dei fili è attiva. Nell'avvolgimento dell'armatura del tamburo, tutti i fili sono attivi, cioè per creare lo stesso e. come con una macchina ad armatura ad anello è necessaria quasi la metà del materiale conduttivo.

I conduttori dell'avvolgimento dell'indotto, situati nelle scanalature, sono interconnessi dalle parti anteriori delle spire. Ogni slot di solito contiene diversi fili. I conduttori di uno slot sono collegati ai conduttori dell'altro slot per formare un collegamento in serie chiamato bobina o sezione Le sezioni sono collegate in serie e formano un circuito chiuso. La sequenza di legame dovrebbe essere tale che e. eccetera. v. in fili inclusi in un ramo parallelo avevano la stessa direzione.

Nella fig. 8 mostra il più semplice avvolgimento dell'indotto a tamburo di una macchina bipolare. Le linee continue mostrano il collegamento delle sezioni tra loro sul lato del collettore e le linee tratteggiate mostrano i collegamenti terminali dei fili sul lato opposto. Le strisce sono realizzate dai punti di connessione delle sezioni alle piastre del collettore. La direzione di e., ecc. p nei fili della bobina è mostrato nella figura: «+» — direzione dal lettore, «•» — direzione al lettore.

L'avvolgimento di tale armatura ha anche due rami paralleli: il primo formato dai fili delle fessure 1, 6, 3, 8, il secondo - dai fili delle fessure 4, 7, 2, 5. Quando l'armatura ruota , la combinazione delle asole i cui fili formano un ramo parallelo, cambia continuamente, ma sempre il ramo parallelo è formato dai fili dei quattro canali, che occupano una posizione costante nello spazio.

Riso. 7. La disposizione della macchina DC dell'armatura a tamburo

Riso. 8. L'avvolgimento più semplice

Le macchine prodotte dalle fabbriche hanno decine o centinaia di scanalature lungo la circonferenza dell'armatura del tamburo e il numero di piastre collettrici pari al numero di sezioni dell'avvolgimento dell'armatura.

Il collettore 1 (vedi Fig. 7) è costituito da piastre di rame, isolate l'una dall'altra, che sono collegate ai punti di connessione delle sezioni dell'avvolgimento dell'indotto e serve per convertire la variabile e. eccetera. v. nei fili dell'avvolgimento dell'armatura in costante e. eccetera. c. sulle spazzole 2 del generatore o conversione della corrente continua fornita alle spazzole del motore dalla rete in corrente alternata nei fili dell'avvolgimento dell'indotto del motore. Il collettore ruota con l'armatura.

Quando l'indotto ruota, lungo il collettore scorrono le spazzole fisse 2. Le spazzole sono in grafite e rame-grafite. Sono montati in portaspazzole che possono essere ruotati di una certa angolazione. All'ancora è collegata una girante 8 per la ventilazione.

Classificazione e parametri dei generatori DC

La classificazione dei generatori DC si basa sul tipo di alimentazione della bobina di eccitazione. Distinguere:

1.generatori autoeccitati, la cui bobina di eccitazione è alimentata da una sorgente esterna (batteria o altra sorgente di corrente continua). Nei generatori a bassa potenza (decine di watt), il flusso magnetico principale può essere creato da magneti permanenti,

2. Generatori autoeccitati, la cui bobina di eccitazione è alimentata dal generatore stesso. Secondo lo schema di connessione degli avvolgimenti di armatura e di eccitazione in relazione al circuito esterno, esistono: generatori di eccitazione parallela, in cui l'avvolgimento di eccitazione è collegato in parallelo con l'avvolgimento di armatura (generatori di shunt), generatori di eccitazione in serie, in cui questi gli avvolgimenti sono collegati in serie (generatori in serie), generatori con eccitazione mista, in cui un avvolgimento eccitante è collegato in parallelo con l'avvolgimento dell'indotto e il secondo in serie (generatori combinati).

La modalità nominale del generatore CC è determinata dalla potenza nominale: la potenza che il generatore fornisce al ricevitore, la tensione nominale ai terminali dell'avvolgimento dell'armatura, la corrente nominale dell'armatura, la corrente di eccitazione, la frequenza nominale di rotazione dell'armatura. Questi valori sono solitamente indicati nel passaporto del generatore.