Принцип дії безконтактних індукторних генераторів змінного струму

Більш надійні та довговічніші в роботі індукторні електромагнітні генератори, які не мають контактних кілець та щіток. Принцип дії індукторного генератора можна пояснити за схемою на рисунку 4.6.

На рисунку зображений електромагніт (рисунок 4.6 а) з обмоткою збудження 03, якою протікає струм. Полюси електромагніту мають пази, в які закладені котушки. Між полюсами встановлений зіркоподібний ротор. На всю довжину дуги розточки електромагніту (статора) припадає ціле число зубцевих виступів ротора. При цьому кількість виступних зубців у два рази більша за кількість пазів статора.

Статор

а) б)

Рисунок 4.6 - Схема безконтактного генератора

Змінного струму:

а – електромагніт з обертовим ротором;

б – розподіл магнітного потоку у повітряному проміжку

індукторної машини.

Якщо відкритість пазу мала, то при обертанні ротора повний опір магнітопроводу не змінюється. Отже, при незмінній MPC F незмінним буде і потік Ф, що протікає магнітопроводом. Незалежно від положення ротора більша частина потоку протікатиме через зубці ротора і тільки незначна частина - через пази.

Під час обертання ротора положення його зубців щодо зубців статора змінюється, і потік, який протікає через зубець статора, періодично змінюється від максимального значення (коли всі зубці збігаються) до мінімального (коли вісь зубця ста­тора збігається з віссю паза ротора). Зміна магнітного потоку в зубцях статора спричиняє появу ЕРС в обмотці якоря.

Зміна магнітного потоку в повітряному проміжку на зовнішній частині ротора зображена на pиcунку 4.6 б. Функція Ф = ƒ(x) має властивості симетрії відносно осей коорди­нат. Тому при розкладі її у ряд Фур'є матимемо лише постійну складову та непарні косинусоїди :

Ф = Ф₀+ Ф₁соs х + Ф₃соs 3х + Ф₅соs 5х + ...

Якщо знехтуємо високими гармонічними складовими, то матимемо такий вираз:

Ф = Ф₀ + Ф₁ cos х,

де Ф₀ = 0,5 (Ф_макс + Ф_мін) – постійна складова магнітного потоку;

Ф₀ = 0,5 (Ф_макс – Ф_мін) – амплітуда першої гармоніки магнітного потоку.

У цьому випадку поле першої гармоніки під пазом ротора має один знак, а під зубцем ротора – протилежний. Отже, зубець та паз ротора для потоку першої гармоніки можна розглядати, як полюси різної полярності.

Кількість пар полюсів у розглянутому випадку дорівнює кількості зубців ротора, тобто р = Z₂. При обертанні ротора з кутовою швидкістю ω = 2πƒ(х = ωt) зміну потоку в повітряному проміжку можна подати у вигляді формули:

Ф = Ф ₀ + Ф₁ cos ω t.

Зміна магнітного потоку в зубцях статора спричиняє індукування в котушці статора, яка розміщена на зубці, ЕРС

е_к=w_к dФ/dt = ωw_к Ф₁sin ωt,

де w_к – кількість витків у котушці.

Миттєве значення ЕРС у фазі обмотки якоря:

е₁ = w_к Z_s = ωе_кZ_s sin ωt = Е_m sin ωt,

де Е_m = ωw_кZ_sФ₁ – амплітудне значення ЕРС;

Z_s – кількість послідовно ввімкнених котушок фази.

Дійсне значення ЕРС фази з врахуванням реальної форми магнітного потоку в повітряному проміжку можна виразити за формулою:

Е₁=2,22 Zn/60 w_кZ_к(Ф_макс – Ф_мін).

Таким чином, при обертанні ротора у витках котушки статора індукується змінна ЕРС із частотою, пропорційною до частоти обертання ротора.

В індукторних генераторах обмотка збудження нерухома, тобто вона не потребує рухомих контактів. Отже, індукторні генератори безконтактні.