5.1. Електромашинний генератор постійного струму

В генераторі постійного струму (динамомашині) відбувається перетворення механічної енергії в електричну. На рис. 5.1 наведена спрощена конструкція генератора постійного струму.

Рис. 5.1

На рис. 5.1. введені такі позначення двополюсного генератора:

1. – статор із литої сталі;

2. – осердя електромагнітів з розташованою на них обмоткою збудження;

3. – циліндричний якір (ротор), набраний із шихтованої сталі.

Принцип роботи генератора постійного струму полягає в такому.

При протіканні постійною струму збудження по обмотці 2 в осерді створюється магнітний потік Ф, який пронизує витки якоря. При цьому в обмотці якоря індукується змінна ЕРС. Якір приводиться в рух первинним двигуном – турбіною або якимось зовнішнім джерелом, механічна енергія якого перетворюється в електричну. За допомогою колектора (механічного випрямляча), який на схемі не показаний, відбувається випрямлення змінного струму і далі через щітковий апарат здійснюється відведення постійного струму до навантаження.

Наявність колектора і щіткового апарата – недолік даної конструкції. Експлуатація генератора такого типу ускладнюється через зношення вугільних щіток та колектора.

У ряді випадків через можливість появи іскри на колекторі, наприклад, у вибухонебезпечних середовищах (шахти, хімічні виробництва), використання таких машин взагалі недопустиме або вимагає додаткових захисних засобів.

Рис. 5.2

5.2. Схеми збудження машин постійного струму

Розрізняють:

а) незалежне збудження, коли струм в обмотку збудження подається від незалежного джерела, наприклад, від акумуляторної батареї;

б) самозбудження, коли у колі збудження використовується частина струму, виробленого динамо-машиною.

Розглянемо найбільш розповсюджені схеми самозбудження. Вони бувають трьох типів (рис. 5.2): шунтова (а), серієсна (б) та змішана або компаундна (в). В останньому разі обмотка збудження розділяється на дві (ОЗ – 1 серіїсна та ОЗ – 2 шунтова).

Рис. 5.3

Характеристикою холостого ходу генератора називається залежність ЕРС, як функція струму збудження (рис. 5.3). Потрібно відмітити, що ця характеристика не проходить через нуль. Запвдяки остаточній намагніченості, в машині зберігається деяка EPC , і це дає змогу при наступних запусках генератора обійтися без стороннього джерела: навантаження відключається і вся остаточна енергія використовується для живлення обмотки збудження.

Важливою характеристикою генератора є його зовнішня характеристика , рис. 5.4.

(5.1)

Рис. 5.4

При = 0 на затискачах генератора буде максимальна напруга U, яка дорівнює EPC Е. При збільшенні струму навантаження тільки ідеальна характеристика 1, коли приймається = 0, буде йти паралельно осі струму.

У реального генератора на відбуватиметься спаду напруги, , що приводить до зниження напруги на виводах генератора. Характеристика 3 має вигляд при шунтовій або серіїсній схемах збудження, більш "жорсткою" є характеристика 2 машини зі змішаною схемою збудження.