Генератор постійного струму: принцип дії, пристрій

02.04.2017

Як зробити генератор постійного струму своїми руками

Для перетворення різних видів енергії в електричну, використовуються спеціальні пристрої. Одним з найбільш простих механізмів є генератор постійного струму, який можна купити в будь-якому магазині електротоварів або зібрати своїми руками.

Характеристики

Генератор постійного струму – це пристрій, який перетворює механічну енергію в електричну для подальшого використання у зовнішньому контурі. Джерелом механічної енергії в такому випадку може служити будь-яке механічне зусилля: обертання спеціальної ручки, підключення двигуна до приладу. Потрібно відзначити, що переважна частина квартир і будинків в межах будь-якого міста забезпечується за допомогою саме таких генераторів, тільки промислового типу.

Генератор постійного струму: принцип дії, пристрій

Фото — генератор постійного струму

Електричний генератор струму може діяти повністю протилежно. Зворотне перетворення електричної енергії в механічну здійснюється за допомогою електродвигуна. Багато мотори оснащуються ручним (механічним) приводом, які при правильному підключенні можуть перетворити енергію і мережі у зворотному напрямку.

Принцип роботи і пристрій

Генератор постійного струму складається з двох основних частин – це статор і ротор. Інші деталі:

  1. Корпус: зовнішня рама генератора. Найчастіше виготовлений з чавуну або сталі. Корпус забезпечує механічну міцність всієї конструкції генератора (або електродвигуна). Він також передає магнітний потік, створюваний полюсами;
  2. Магнітні полюси. З’єднуються з корпусом за допомогою гвинтів або болтів, на них розміщується обмотка;
  3. Статор, остов або ярмо виготовляється з феромагнітних сплавів, на цю деталь встановлюється котушка збудження. Сердечники оснащені полюсами, які допомагають визначити напрямок потоку заряджених частинок. Саме магнітні наконечники утворюють магнітне поле, необхідне для роботи пристрою;
  4. Ротор: якір генератора. Сердечник збирається з окремих сталевих пластин, це допомагає збільшити ККД генератора і зменшити утворення вихрових струмів. При установці пластин утворюються западини, які намотується обмотка якоря або обмотка самозбудження;
  5. Комутатор і щітки. Щітки виготовляють з графіту, при цьому їх у генераторі як мінімум дві. Дізнатися число щіток можна за допомогою підрахунку полюсів – цей показник ідентичний.

Генератор постійного струму: принцип дії, пристрій

Фото — конструкція якоря генератора постійного

Для з’єднання висновків контуру використовуються колекторні пластини, їх виготовляються з міді, яка відома, як відмінний провідник електричних сигналів.

Принцип дії генератора постійного струму ґрунтується на формулою:

e = B*l*v

Згідно йому, коли провідник рухається в магнітному полі (що дозволяє скоротити магнітні силові лінії), ЕРС індукції динамічно проводиться в провіднику. Величина генерованого ЕРС може бути задана за допомогою рівняння генератора постійного струму .

Однією з основних функцій пристрою для перетворення змінного струму є генерування ЕРС в постійний струм. Напрямок генерованого ЕРС буде змінюватися через кожен провідник, через який енергія проходить при обертанні ротора. За допомогою комутатора, на виході генератора утворюється постійний потік заряджених частинок. Вихідний сигнал при цьому має ось такий вигляд:

Генератор постійного струму: принцип дії, пристрій

Фото — вихідний сигнал генератора постійного струму

Типи

Існують такі типи генераторів постійного струму: з самозбудженням і працюють за принципом незалежної включення (схема нижче). Способи збудження залежать від типу живлення пристрою. Самозбуджується електрогенератор працює від зовнішніх джерел, це може бути акумуляторна батарея або вітрогенератор. Також зовнішня система збудження часто реалізовується на магнітах (в основному на пристроях з низькою потужністю до декількох десятків ватів).

Генератор постійного струму: принцип дії, пристрій

Фото — схема генератора з незалежним включенням

незалежного Збудження генератора проводиться за рахунок живлення від обмотки приладу. Ці пристрої також поділяються на види:

  1. Шунтовые або паралельного збудження;
  2. Послідовні.

Перші відрізняються паралельним включенням обмотки якоря з обмоткою збудження, другі, відповідно, послідовним підключенням цих деталей.

Якірна реакція

Це досить часте явище в режимі холостого ходу генератора. Воно характеризується накладенням результуючих магнітних полів статором і ротором, що знижує напругу і зменшує магнітне поле. Внаслідок, падає електрорушійна сила пристрою, спостерігаються перебої в роботі, синхронний генератор навіть може перегрітися або зайнятися через іскор, які з’являються від неправильного тертя щіток.

Генератор постійного струму: принцип дії, пристрій

Фото — полюси генератора

При цій несправності можна зробити наступне:

  1. Компенсувати магнітне поле за допомогою додаткових полюсів. Це допоможе впоратися з падінням цієї характеристики в окремих точках схеми;
  2. Часто ремонт здійснюється простим зрушенням колекторних щіток.

Призначення

На відміну від генераторів змінного струму, пристрої з постійним типом електроенергії потребують джерелі безперебійного живлення, постійно направляючого DC струм в обмотку якоря. З-за цього область застосування таких приладів досить специфічна, в даний момент вони мало де використовуються.

Генератор постійного струму: принцип дії, пристрій

Фото — принцип роботи генератора

Часто їх використовують для живлення електричного транспорту у містах. Також генератори постійного струму застосовують для роботи електричного автомобіля, мотоцикла або як суднові збудники або зварювальні інвертори. Вони застосовуються як двигуни тихохідні для вітряків.

дизельний Генератор постійного струму може використовуватися як електродвигун для потужних промислових машин (тяговий трактор, комбайн та інші) і тахогенератор. При цьому для управління трактора потрібно потужний агрегат, у якого технічні характеристики не поступаються показникам 300 – 400 кВт. При цьому дизель може замінити також газ.

Генератор постійного струму: принцип дії, пристрій

Фото — пристрій автомобільного генератора

Генератор постійного струму має наступні характеристики (розрахунок проводиться при n=const):

  1. Холостий хід Е=f(ів)
  2. Формула для послідовного збудження U=f(I)
  3. Паралельне збудження U=f(I)

Дослідження показує, що характеристики можна розрахувати і виходячи з n=0.

Стандартні показники Ви можете знайти в паспорті приладу, причому вони часто відхиляються на кілька відсотків (можлива похибка також вказується в інструкції до генератора). Саморобні генератори можуть мати відмінні характеристики від поданих, підібрати необхідні дані можна за допомогою довідників. Перевірити їх можна методом вимірювання наявних параметрів, є різні способи, які залежать від типу генератора.

Гідності генератора постійного струму:

  1. На відміну від приладу змінного типу, не втрачає енергію на гистерезисе, а також на вихрових струмах;
  2. Може працювати в екстремальних умовах;
  3. Має відносно легку вагу і невелику конструкцію;

У такого пристрою є і недоліки. Головним є потреба у зовнішньому джерелі живлення. Але іноді ця особливість використовується як регулятор електричної машини.

Купити генератори постійного струму можна в інтернет-магазинах, на імпортних сайтах, а також на підприємствах і ринках. Продаж також проводиться з рук, але не рекомендуємо використовувати колишні у вживанні електричні прилади. Вартість залежить від призначення і потужності приладу. Ціна на 4ГПЭМ варіюється в межах 30 000 рублів, а ПМ-45 – 60 000. При купівлі повинна бути проведена презентація роботи.

Короткий опис статті: генератор постійного струму Як працює генератор постійного струму? Типи генераторів і їх принципи дії. Технічні характеристики і призначення.

Джерело: Генератор постійного струму: принцип дії, пристрій

Також ви можете прочитати