Схема, особливості, принцип дії і пристрій генератора постійного струму
Епоха електрифікації почалася не так давно і за пару століть повністю змінила наш спосіб життя. Подивіться навколо, всюди, де тільки падає очей, обов'язково побачите який-небудь електричний прилад. Люди настільки звикли до різних машин, які виконують за них практично всю роботу, що виникає ілюзія, ніби-то так було завжди. Але заглянемо за завісою, яка приховує від нас процес життєдіяльності електричних друзів. Розберемо принцип дії і пристрій генератора постійного струму.
Трохи історії
Електрика спостерігали ще стародавні греки. Було відмічено властивість бурштину притягати до себе різні частки. Люди вважали це магнетизмом, властивим смолі. Але пізніше помітили здатність і інших матеріалів купувати магнетизм. Наприклад, скло при натирання теж починало привертати до себе дрібні легкі елементи: частинки паперу, волоски і пил. Так стало зрозумілим, що магнітний ефект виникає за якимось законом.
Згодом, в XVIII столітті, був створений прототип сучасного конденсатора, охрещений по імені винахідника «лейденської банкою». Цей нескладний механізм вмів накопичувати заряд, який в той час вважали своєрідною рідиною, що насичує тверді тіла і здатної перетікати від одного тіла до іншого з вражаючою швидкістю - на кілька миль за частки секунд.
Коли був відкритий атом і його складові ядро і електрон, все стало на свої місця. Люди зрозуміли, що саме електрони і є тими зарядами, які створювали такі незрозумілі явища, як електричні розряди. Але поки це були лише статичні заряди. З дослідів Фарадея і Ерстеда бере свій початок електрику, яке ми знаємо зараз. Вони винайшли макет-генератор постійного струму, пристрій і принцип дії якого засновані на явищі електрорушійної сили ЕРС.
Сила руху електрики
Як води річки призводить в рух тяжіння землі, так заряджені частинки в провіднику змушує переміщатися ЕРС. Ця сила тісно пов'язана з магнітним явищем, а саме з'являється, як тільки змінюється потік, створюваний магнітом. ЕРС здатна працювати тільки в речовині, де завжди в наявності є вільні заряди. Таким властивістю володіють метали і сольові розчини.
ЕРС тим більше, чим швидше змінюється інтенсивність магнітних хвиль. Як відомо, магніт два полюси має завжди. Відповідно до того, в якому напрямку змінюється потік щодо провідника, струм в провіднику тече в ту чи іншу сторону. Позитивні і негативні заряди самі створюють між собою енергетичне поле, яке ми називаємо напругою, воно тим більше, чим сильніше сумарний електричний заряд однойменного полюса.
Що таке електричний генератор?
Конструкція або машина, яка здатна перетворювати будь-яку механічну силу в електричну енергію, отримала назву генератора електрики. Принцип дії і пристрій генератора постійного струму пов'язані з магнетизмом. Якщо взяти постійний магніт і перетинати поле його напруженості провідником, то в останньому з'являється сила, що змушує рухатися в одному напрямку заряджені частинки - з'являється струм. Те ж саме буде відбуватися при нерухомому провіднику і рухомому магніті.
Експериментально вченими встановлено, що величина струму тим більше, чим більше:
- Величина магнітного потоку між полюсами магніту.
- Швидкість перетину ліній напруженості.
- Довжина токоведущего дроти.
Якщо ж переміщати провідник паралельно тому, як йде потік, то індукції в ньому не спостерігається. З цього вивели закон правої руки, який допомагає зрозуміти, в якому напрямку рухається струм. При розташуванні руки правій частині тіла долонею так, щоб в неї входили магнітні лінії напруженого поля, а палець великий був відігнутий і вказував туди, куди відбувається рух провідника, що залишилися чотири пальці покажуть шлях струму. У магніті вектор руху поля спрямований від півночі до півдня.
Схема роботи елементарного генератора
Принцип дії і пристрій генератора постійного струму простого типу наступні: рамка виготовлена з токоведущего матеріалу, насаджена на вісь і виробляє обертання між полюсами магніту. Кожен вільний кінець рамки приєднаний до свого контакту, який має посвідку дугоподібної пластини. Разом контакти складають коло, розірвану в двох точках (колектор). Ці напівкруглі контакти рухомо з'єднані з пружними проводять щітками. Вони знімають струм.
У просторі рамка щодо контактів орієнтована так, що при перетині кожного її половини ділянок найбільшої величини магнітного потоку щітки замкнуті на контактах. Коли ж елементи рамки проходять фазу руху уздовж ліній - щіткові контакти розімкнуті з колектором.
Якщо підключити осцилограф, видно, що генератор постійного струму пристрій і принцип дії має такий, що видає чергування полуволн, що знаходяться по одну сторону координат і змінюють своє значення від нульового до найвищого і знову до нуля. Частота проходження їх залежить від швидкості повороту рамки. Це означає, що струм в такій системі рухається в одному напрямку (постійний), але має пульсуючий вид.
Принцип дії і пристрій генератора постійного струму
Реальний генератор струму постійного влаштований складніше, хоча принцип його дії нічим не відрізняється від розглянутого вище. Замість однієї рамки і пари напівкруглих контактів він має безліч рамок і контактів колектора. Це, по-перше, підвищує потужність такої машини, по-друге, згладжує пульсації струму, так як кожна рамка створює свою півхвилю, які, налагоджуючи один на одного, утворюють сумарний струм. Така обертається система отримала назву якоря або ротора.
Магніт генератора теж видозмінений. Його роль виконує електромагніт, що складається з обмотки і осердя. Використовуючи електромагніти, можна створювати великий магнітний потік, який не під силу для звичайного постійного. До того ж величину потоку можна легко міняти. Нерухома частина генератора названа статором.
Залежно від режиму роботи машини під час обертання валу, між статором і ротором спостерігаються такі процеси:
- До генератора не підключена навантаження. У разі такої холостий роботи якір виробляє обертання, в ньому ЕРС наводиться, але струму в обмотці немає, так як ланцюг не замкнута.
- Генератор постійного струму, схема пристрою якого підключена до ланцюга, працює в режимі навантаження. В цьому випадку в якорі тече струм і з'являється нова складова - магнітний потік, створюваний якорем (реакція якоря). Цей потік рухається в такому напрямку, що протидіє основним силовим лініям, створюваним електромагнітом. В результаті реальна ЕРС буде нижче, тобто знижується потужність генератора. І чим більше навантаження генератора, тим більше енергії витрачається на подолання реакції якоря при обертанні вала.
Щоб нівелювати магнітний потік якоря, в схему ротора вводять так звані компенсаційні обмотки, в яких утворюється магнітний потік, що послабляє реакцію якоря.
Типи генераторів, що виробляють постійне електрику
Принцип дії і пристрій генераторів постійного струму відрізняються по виконанню схеми збудження. Вони бувають:
- Магнітоелектричними. У них для створення магнітного потоку застосовують постійні магніти. Такі машини, як правило невеликої потужності, мають високий ККД, так як немає втрат в обмотках збудження. Недолік пристроїв в складності регулювання.
- Генераторами з незалежною схемою збудження. Це пристрої, обмотка електромагнітів яких запитана від сторонніх джерел живлення: акумулятора або генератора.
- Самозбуджується генераторами постійного струму. Такі пристрої живлять електромагніти від свого ж якоря. Головною умовою самозбудження є залишковий магнітний потік. Конструкція, принцип дії генераторів і схема їх включення буває компаундною, шунтовой і серієсний.
Принцип роботи і пристрій генератора з електродвигуна
Принцип оборотності електричних машин говорить про те, що будь-який електродвигун може бути перетворений в генератор і навпаки. Адже обидва цих пристрої використовують ЕРС індукції, як основу своєї роботи. Тільки в двигуні на ротор подають електричний струм, який, створюючи магнітний потік, відштовхується від полюсів магніту статора, здійснюючи обертальний рух.
Якщо ж вал двигуна обертати з певною швидкістю, в обмотках якоря почне наводитися ЕРС індукції і потече струм. Обмеження лише в товщині дроти обмотки якоря. Коли провід тонкий, то отримати велику потужність у такого генератора не вийде.
Де знайшов застосування джерело постійного струму?
Незважаючи на те що постійне електрику можна отримати методом випрямлення змінного, широко використовують генератор постійного струму. Принцип дії, схема такої машини незамінні на металургійних підприємствах, в потужних електролізних установках заводів. У транспортній промисловості агрегати працюють в електровозах, пароплавних судах. Для харчування збудливих обмоток генераторів змінного струму на електростанціях також застосовні джерела постійної напруги. Для побутових цілей розроблені динамо-машини струму постійного. Їх можна побачити на велосипедах, де вони живлять освітлювальні фари.
висновок
Генератори струму постійної полярності хороші тим, що можуть виробляти електрику при різній швидкості обертання валу. У них не потрібно витримувати чітку частоту, як, наприклад, у генераторів змінного струму, де вона повинна бути в 50 Гц. Такі машини дуже зручно використовувати в якості альтернативних джерел електрики, наприклад в вітрогенератори.
