Schéma, vlastnosti, princip činnosti a zařízení generátoru stejnosměrného proudu

Doba elektrifikace začala už dávno a po několik století zcela změnila způsob života. Rozhlédněte se, všude, kde jen padá oko, jistě uvidíte nějaký elektrický spotřebič. Lidé jsou tak zvyklí na různé stroje, které pro ně dělají téměř všechnu práci, že existuje iluze, jako kdyby to bylo vždycky takhle. Ale podívejme se za závoj, skrývající se od nás proces vitální činnosti elektrických přátel. Pojďme analyzovat princip fungování a zařízení generátoru stejnosměrného proudu.

Trochu historie

Elektřina byla pozorována starými Řeky. Bylo zjištěno, že vlastnost jantaru přitahuje různé částice k sobě. Lidé považovali tento magnetismus za pryskyřici. Ale později si všimli schopnosti jiných materiálů získat magnetismus. Například sklo při tření také začalo přitahovat malé světlé prvky: částice papíru, chloupky a prach. Takže bylo zřejmé, že magnetický efekt nastává některým zákonem.

Následně ve století XVIII byl vytvořen prototyp moderního kondenzátoru, který byl pokřtěn jménem vynálezce "Leidenova banka". Tento jednoduchý mechanismus byl schopen akumulovat náboj, který byl v té době považován za druh kapaliny, saturační tuhé látky a schopný proudit z jednoho těla do druhého s úžasnou rychlostí - několik kilometrů ve zlomcích sekund.

Když byl atom a jeho jádro a elektron nalezeny, všechno padlo na místo. Lidé si uvědomili, že to byly elektrony, které byly poplatky, které vytvořily takové nevysvětlitelné jevy jako elektrické výboje. Ale zatímco to byly jen statické poplatky. S experimenty Faraday a Oersted začíná elektřina, kterou nyní známe. Vymysleli uspořádání generátoru stejnosměrného proudu, jehož zařízení a princip činnosti jsou založeny na jevu elektromotorické síly EMF.

Síla pohybu elektřiny

Jak voda řeky zaujme přitažlivost země, tak nabité částice ve vodiči způsobují EMF pohyb. Tato síla úzce souvisí s magnetickým jevem, a to, jakmile se změní tok vytvořený magnetem. EMF je schopen pracovat pouze v látce, kde jsou vždy dostupné poplatky. Tato vlastnost je vlastněna kovy a solnými roztoky.

Emf je větší, tím rychleji se mění intenzita magnetických vln. Jak víte, magnet má vždy dva póly. V souladu se směrem, ve kterém se proud mění vzhledem k vodiči, proud ve vodiči proudí v jednom směru nebo jiném. Pozitivní a negativní poplatky samy vytvářejí energetické pole mezi sebou, které nazýváme napětím, čím větší, tím větší je celkový elektrický náboj stejného pólu.

Co je to elektrický generátor?

Konstrukce nebo stroj, který je schopen přeměnit jakoukoli mechanickou sílu na elektrickou energii, byl nazýván generátorem elektřiny. Princip činnosti a zařízení generátoru stejnosměrného proudu souvisí s magnetismem. Přijmeme-li permanentní magnet a protínáme pole jeho síly s vodičem, pak v druhém je síla, která nutí nabité částice k pohybu v jednom směru - objeví se proud. Totéž se stane s pevným vodičem a pohyblivým magnetem.

Experimentálně vědci zjistili, že hodnota proudu je větší, tím větší:

• Velikost magnetického toku mezi póly magnetu.
• Rychlost průsečíku napínacích linek.
• Délka drátu nesoucí proud.

Pokud se ovšem vodič pohybuje rovnoběžně se směrem toku, v něm není pozorována žádná indukce. To vedlo k pravici pravé ruky, která pomáhá pochopit směr, kterým se proud pohybuje. Když je ruka pravé strany těla položena s dlaní rukou tak, aby do ní pronikly magnetické linie napjatého pole a palec je ohnut a nasměrován tam, kde se vodič pohybuje, zbývající čtyři prsty ukazují dráhu proudu. V magnetu je pohybový vektor pole směrován ze severu na jih.

Schéma fungování základního generátoru

Princip činnosti a zařízení generátoru stejnosměrného proudu jednoduchého typu jsou následující: rám je vyroben z nosného materiálu, je namontován na ose a otáčí se mezi póly magnetu. Každý volný konec rámu je spojen se svým kontaktem, který vypadá jako oblouková deska. Společně tvoří kontakty kruh, roztržený ve dvou bodech (kolektor). Tyto půlkruhové kontakty jsou pohyblivě spojeny s pružinovými vodivými kartáči. Odstraňují proud.

V prostoru je rám vzhledem ke kontaktům orientován tak, že když se každá polovina úseků největšího magnetického toku vzájemně překročí, jsou kartáče na kontaktech uzavřeny. Když prvky rámu procházejí fází pohybu po liniích - kontakty kartáče jsou otevřené kolektoru.

Připojíte-li osciloskop, uvidíte, že DC generátor a princip činnosti jsou takové, že vytváří střídání polovičních vln, které jsou na jedné straně souřadnic a změní jejich hodnotu z nuly na nejvyšší a opět na nulu. Frekvence jejich sledování závisí na rychlosti otáčení rámu. To znamená, že proud v takovém systému se pohybuje v jednom směru (konstantní), ale má pulzující vzhled.

Princip činnosti a zařízení generátoru stejnosměrného proudu

Skutečný generátor konstantního proudu je složitější, ačkoliv princip jeho působení se neliší od principu, který je uveden výše. Namísto jediného rámu a dvojice polokruhových kontaktů má mnoho rámců a kontaktů kolektoru. To zaprvé zvyšuje výkon takového stroje a za druhé vyhlazuje zvlnění proudu, protože každý snímek vytvoří vlastní poloviční vlnu, která se navzájem přizpůsobí, tvoří celkový proud. Takový rotující systém se nazývá kotva nebo rotor.

Magnet generátoru je také upraven. Jeho role hraje elektromagnet sestávající z vinutí a jádra. Pomocí elektromagnetů můžete vytvořit velký magnetický tok, který přesahuje sílu obvyklé permanentní. Kromě toho lze tok snadno změnit. Stacionární část generátoru se nazývá stator.

V závislosti na provozním režimu stroje během otáčení hřídele jsou mezi statorem a rotorem pozorovány následující procesy:

1. Do generátoru není připojeno žádné zatížení. V případě takového volnoběhu se kotva otáčí, v něm je indukováno EMF, ale ve vinutí není žádný proud, protože obvod není uzavřen.
2. Generátor DC, jehož obvod zařízení je připojen k obvodu, pracuje v režimu zatížení. V tomto případě proud proudí do armatury a objeví se nová složka - magnetický tok vytvořený kotvou (reakce kotvy). Tento proud se pohybuje v takovém směru, že působí proti hlavním silám vytvořeným elektromagnetem. V důsledku toho bude skutečný EMF nižší, to znamená, že výkon generátoru je snížen. A čím více zatížení generátoru, tím více energie se vynakládá na překonání reakce kotvy, když se hřídel otáčí.

Pro vyrovnání magnetického toku kotvy se do okruhu rotoru zavádí tzv. Kompenzační vinutí, ve kterém je vytvořen magnetický tok, což oslabí reakci kotvy.

Typy generátorů produkujících konstantní elektřinu

Princip fungování a uspořádání stejnosměrných generátorů se liší v provádění budicího obvodu. Jsou to:

• Magnetoelektrický. Používají permanentní magnety k vytvoření magnetického toku. Takové stroje, obvykle s nízkým výkonem, mají vysokou účinnost, jelikož v poli vinutí není žádná ztráta. Nedostatek zařízení v složitosti regulace.
• Generátory s nezávislým budicí obvod. Jedná se o zařízení, jejichž navíjení elektromagnetů je napájeno z externích zdrojů: baterie nebo generátor.
• Samovolně vzrušené DC generátory. Taková zařízení přivádějí elektromagnety z vlastních kotvících prvků. Hlavním stavem pro vlastní excitaci je reziduální magnetický tok. Návrh, princip fungování generátorů a schéma jejich aktivace jsou složené, zkratové a sériové.

Princip činnosti a zařízení generátoru z elektromotoru

Zásada reverzibility elektrických strojů naznačuje, že jakýkoli elektromotor může být přeměněn na generátor a naopak. Koneckonců, oba tyto přístroje používají EMF indukci jako základ své práce. Pouze v motoru je elektrický proud aplikovaný na rotor, který, vytvářející magnetický tok, odpuzuje od pólů statorového magnetu a vytváří rotační pohyb.

Pokud se hřídel motoru otáčí určitou rychlostí, indukční vinuti se začnou indukovat ve vinutí kotvy a proud bude proudit. Omezení je pouze v tloušťce drátu navíjení kotvy. Když je tenký vodič, nebude možné z takového generátoru získat větší výkon.

Kde jste našli stejnosměrný zdroj?

Navzdory skutečnosti, že lze získat trvalou elektřinu metodou opravy střídavého proudu, je široce využíván stejnosměrný generátor. Princip fungování je schéma takového stroje nepostradatelné v metalurgických podnicích, v silných elektrolýzových závodech. V dopravním průmyslu jednotky pracují v elektrických lokomotivách, lodních lodích. Zdroje stejnosměrného proudu jsou také vhodné pro napájení vzrušujících vinutí generátorů střídavého proudu v elektrárnách. Pro domácí účely byly vyvinuty dynamometrické stroje. Mohou být vidět na jízdních kolách, kde krmí světla.

Závěr

Proudové generátory konstantní polarity jsou dobré v tom, že mohou vyrábět elektřinu při různých otáčkách hřídele. Nepotřebují vydržet jasnou frekvenci, jako například v alternátorech, kde by měla být 50 Hz. Takové stroje jsou velmi vhodné jako alternativní zdroje elektrické energie, například ve větrných turbínách.