Дослідження генератора постійного струму

Машина постійного струму складається з статора і ротора (рис. 15.1). У машині постійного струму ротор називають якорем. Статор складається з станіни (1) та прикріплених до неї головних (2) та додаткових (4) полюсів. На осердях головних полюсів розміщують обмотку збудження (3). Для того, щоб отримати необхідний характер розподілення магнітного поля у повітряному зазорі, полюси закінчують полюсними наконечниками. Додаткові полюси з їх обмотками збудження (5) розміщують між головними полюсами. Якір закріплюється на валу (10) і складається з осердя (6), обмотки (7) та колектора (8). Провідники обмотки якоря з'єднані з колектором, а він, у свою чергу, з'єднаний з міднографітовими щітками (9), які реалізують ковзний контакт обертових провідників із зовнішнім електричним колом.

Рис. 15.1. Конструкція машини постійного струму: 1 – статор, 2 – головний полюс, 3 – обмотка збудження, 4 – додатковий полюс, 5 – обмотка збудження додаткового полюсу, 6 – осердя якоря, 7 – обмотка якоря, 8 – колектор, 9 – щітка, 10 – вал

Нерухоме магнітне поле машини створюють головні полюси з обмотками збудження. В середині статора обертається циліндричний якір, на зовнішній поверхні якого укладені провідники. Струм збудження, який протікає через послідовно з'єднані обмотки збудження, створює магнітне поле машини. Магнітний потік (Ф_в) пронизує повітряний зазор між полюсами і якорем, тіло якоря і замикається по станині. Якщо якір машини обертається за допомогою первинного двигуна, провідники обмотки якоря перетинають магнітне поле і в кожному з них, згідно із законом електромагнітної індукції, індуктується ЕРС. Напрям ЕРС визначають за правилом правої руки. В режимі генератора колектор і щітки служать випрямлячем, завдяки чому в зовнішньому колі напрямок струму не змінюється.

Обмотка збудження та обмотка якоря можуть бути з'єднані між собою та із зовнішньою електричною мережею незалежно, паралельно та послідовно. Таким чином, розрізняють машини незалежного, паралельного і послідовного збудження. Машина може мати також дві обмотки збудження, одну з яких вмикають паралельно, а другу послідовно з обмоткою якоря. Це машина зі змішаним збудженням. Машину з послідовним збудженням також називають серієсною; з паралельним збудженням – шунтовою; зі змішаним збудженням – компаундною. Електричні схеми показані на рис.15.2.

Рис.15.2. Електричні схеми генераторів: 1) – генератор з незалежним збудженням; 2) – шунтовий генератор; 3) компаундний генератор; 4) – серієсний генератор

Основні параметри, які характеризують роботу генератора постійного струму, це: корисна електрична потужність Р₂ = U·І; напруга на виході генератора U; струм збудження І_з; струм якоря І_я, струм навантаження І; коефіцієнт корисної дії генератора η; швидкість обертання n (зазвичай для генератора n – const), опори обмотки якоря R_я і обмотки збудження R_з.

Рівняння ЕРС:

Е = С_ЕnФ, (15.1)

де С_Е – const = рN/60а; Ф – магнітний потік пари полюсів; р – кількість пар полюсів; N – кількість активних провідників обмотки якоря; а – кількість пар паралельних гілок обмотки якоря.

Рівняння електричного стану кола якоря:

U = Е - І_яR_я. (15.2)

При паралельному збудженні генератора І_я = І + І_з.

Механічна потужність приводу генератора:

Р₁ = Р₂/ η. (15.3)

Електромагнітний момент генератора є гальмовним, тобто він спрямований протилежно обертовому моменту приводного двигуна:

М_ем = С_МІ_яФ , (15.4)

тут С_М – const = рN/2πа.