Генератор постоянного тока

Генераторы постоянного тока представляют собой обыч­ные индукционные генераторы, снабженные особым приспо­соблением – так называемым коллектором, – дающим возможность превратить переменное напряжение на зажимах (щетках) машины в постоянное.

Принцип устройства коллектора ясен из рис. 18.9, на котором изображена схема простейшей модели генератора постоянного тока с коллектором. Эта модель отличается от рассмотренной выше модели генератора переменного тока лишь тем, что здесь концы якоря (обмотки) сое­динены не сотдельными кольцами, ас двумя полукольцами 1, разделенными изолирующим материалом и надетыми на общий цилиндр, который вращается на одной оси срамкой 2. К вращающимся полукольцам прижимаются пружинящие контакты (щетки) 3, с помощью которых индукционный ток отводится во внешнюю сеть. При каждом полуобороте рамки концы ее, припаянные к полукольцам, переходят с од­ной щетки на другую. Но направление индукционного тока в рамке тоже меняется при каждом полуобороте рамки. Поэтому, если переключения в коллекторе происходят в те же моменты времени, когда меняется направление тока в рамке, то одна из щеток всег­да будет являться положительным полюсом генератора, а другая – отрицательным, т. е. во внешней цепи будет идти ток, не меняющий своего направления. Можно сказать, что с помощью коллектора мы производим выпрямление пере­менного тока, индуцируемого в якоре машины.

Рис. 18.9

График зависимости от времени напряжения на зажимах генератора, якорь которого имеет одну рамку, а коллектор состоит из двух полуколец, изображен на рис. 18.10. Как видим, в этом случае напряжение на зажимах генератора, хотя и является прямым, т. е. не меняет своего направления, но все время меняется от нуля до максимального значения. Такое на­пряжение и соответствующий ему ток часто называют пря­мым пульсирующим током. Нетрудно сообразить, что на­пряжение или ток проходят весь цикл своих изменений за время одного полупериода переменной ЭДС в обмотках генератора. Иначе говоря, частота пульсаций вдвое больше частоты переменного тока.

Рис. 18.10

Чтобы сгладить эти пульсации и сделать напряжение не только прямым, но и постоянным, якорь генератора состав­ляют из большого числа отдельных катушек, или секций, сдвинутых на определенный угол друг относительно друга, а коллектор составляют не из двух полуколец, а из соответ­ствующего числа пластин, лежащих на поверхности ци­линдра, вращающегося на общем валу с якорем. Концы каж­дой секции якоря припаиваются к соответствующей паре пластин, разделенных изолирующим материалом. Такой якорь называют якорем барабанного типа.

На рис. 18.11 показан якорь барабанного ти­па генератора постоянного тока: 1 – барабан, на котором рас­положены витки четырех обмо­ток, 2 – коллектор, состоящий из двух пар пластин. На рис. 18.12 дана зависимость напряжения от времени для этого генератора.

Рис. 18.11 Рис. 18.12

При достаточно большом числе обмоток можно добиться того, что пульсации будут практически незаметны, т. е. генератор будет вырабатывать постоянный ток.