เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการใช้งานของ กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าตามที่ในตัวนำเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กและข้ามฟลักซ์แม่เหล็ก ถูกเหนี่ยวนำโดย ef

หนึ่งในส่วนหลักของเครื่อง DC คือวงจรแม่เหล็กซึ่งปิดฟลักซ์แม่เหล็ก วงจรแม่เหล็กของเครื่องไฟฟ้ากระแสตรง (รูปที่ 1) ประกอบด้วยส่วนที่อยู่กับที่ — สเตเตอร์ 1 และส่วนที่หมุน — โรเตอร์ 4 สเตเตอร์เป็นกล่องเหล็กที่ยึดส่วนอื่น ๆ ของเครื่อง รวมทั้งขั้วแม่เหล็ก 2 บน ขั้วแม่เหล็ก 3 วางขดลวดที่น่าตื่นเต้นซึ่งขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ากระแสตรงและสร้างฟลักซ์แม่เหล็กหลัก Ф0

ข้าว. 1. วงจรแม่เหล็กของเครื่องไฟฟ้ากระแสตรงสี่ขั้ว

ข้าว. 2. แผ่นที่ประกอบวงจรแม่เหล็กของโรเตอร์: a - มีช่องเปิด, b - มีช่องกึ่งปิด

โรเตอร์ของเครื่องประกอบขึ้นจากแผ่นเหล็กปั๊มที่มีร่องและรูรอบด้านสำหรับเพลาและการระบายอากาศ (รูปที่ 2) ในช่อง (5 ในรูปที่ 1) ของโรเตอร์จะวางขดลวดการทำงานของเครื่อง DC นั่นคือขดลวดที่ em ถูกเหนี่ยวนำโดยฟลักซ์แม่เหล็กหลัก เป็นต้น กับขดลวดนี้เรียกว่าขดลวดกระดอง (ดังนั้นโรเตอร์ของเครื่อง DC จึงมักเรียกว่ากระดอง)

ความหมายของอี เป็นต้น ค. เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงสามารถเปลี่ยนได้แต่ขั้วคงที่ หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแสดงในรูปที่ 3.

ขั้วของแม่เหล็กถาวรสร้างฟลักซ์แม่เหล็ก ลองนึกภาพว่ากระดองที่คดเคี้ยวประกอบด้วยหนึ่งรอบซึ่งส่วนปลายนั้นติดอยู่กับครึ่งวงแหวนที่แตกต่างกันซึ่งแยกออกจากกัน ครึ่งวงนี้ สร้างนักสะสมซึ่งหมุนตามการหมุนของกระดองที่คดเคี้ยว ในเวลาเดียวกัน แปรงที่อยู่นิ่งจะเลื่อนไปตามตัวสะสม

เมื่อขดลวดหมุนในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าขึ้น

โดยที่ B คือการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก l คือความยาวของเส้นลวด v คือความเร็วเชิงเส้น

เมื่อระนาบของขดลวดตรงกับระนาบของเส้นกึ่งกลางของเสา (ขดลวดตั้งอยู่ในแนวตั้ง) สายไฟจะข้ามฟลักซ์แม่เหล็กสูงสุดและค่าสูงสุดของ e จะเกิดขึ้น เป็นต้น ค. เมื่อรูปร่างอยู่ในแนวนอน เช่น เป็นต้น v. ในสายเป็นศูนย์.

ทิศทางของ e. เป็นต้น p ในตัวนำถูกกำหนดโดยกฎมือขวา (ในรูปที่ 3 แสดงด้วยลูกศร) เมื่อระหว่างการหมุนของขดลวดลวดผ่านใต้อีกขั้วหนึ่ง ทิศทางของ e เป็นต้น ก. เขากลับใจใหม่. แต่เนื่องจากตัวสะสมหมุนไปพร้อมกับขดลวดและแปรงอยู่กับที่ ดังนั้นลวดที่อยู่ด้านล่างขั้วโลกเหนือจึงเชื่อมต่อกับแปรงด้านบนเสมอ เช่น เป็นต้น v. ซึ่งหันออกจากแปรง. เป็นผลให้ขั้วของแปรงยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นจึงไม่เปลี่ยนแปลงในทิศทาง e เป็นต้น บนแปรง — เช่นSCH (รูปที่ 4)

ข้าว. 3. เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่ง่ายที่สุด

ข้าว. 4. การเปลี่ยนแปลงในเวลาของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่ง่ายที่สุด

แม้ว่าจ.เป็นต้น ค. เครื่องกำเนิดกระแสตรงที่ง่ายที่สุดมีทิศทางคงที่, ค่าของมันเปลี่ยนแปลง, หมุนสองเท่าของค่าสูงสุดและสองเท่าของค่าศูนย์ในหนึ่งรอบ DC ที่มีระลอกคลื่นขนาดใหญ่นั้นไม่เหมาะกับเครื่องรับ DC ส่วนใหญ่ และในความหมายที่เคร่งครัดของคำนี้ไม่สามารถเรียกว่าค่าคงที่ได้

เพื่อลดแรงกระเพื่อม ขดลวดกระดองของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงทำจากรอบจำนวนมาก (ขดลวด) และตัวสะสมทำจากแผ่นสะสมจำนวนมากที่แยกออกจากกัน

ลองพิจารณาขั้นตอนการทำให้คลื่นเรียบโดยใช้ตัวอย่างการพันขดลวดแบบกลม (รูปที่ 5) ซึ่งประกอบด้วยสี่ขดลวด (1, 2, 3, 4) สองรอบในแต่ละรอบ กระดองหมุนตามเข็มนาฬิกาด้วยความถี่ n และ e ถูกเหนี่ยวนำในขดลวดขดลวดของกระดองที่อยู่ด้านนอกของกระดอง เป็นต้น (ทิศทางจะแสดงด้วยลูกศร)

ขดลวดกระดองเป็นวงจรปิดที่ประกอบด้วยรอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม แต่ในแง่ของแปรงกระดองที่คดเคี้ยวนั้นเป็นสองกิ่งขนานกัน ในรูป 5 และหนึ่งกิ่งคู่ขนานประกอบด้วยขดลวด 2 ส่วนที่สองประกอบด้วยขดลวด 4 (ในขดลวด 1 และ 3 EMF ไม่เหนี่ยวนำและเชื่อมต่อที่ปลายทั้งสองกับแปรงเดียว) ในรูป 5b สมอจะแสดงในตำแหน่งที่ใช้หลังจาก 1/8 ของเทิร์น ในตำแหน่งนี้ ขดลวดกระดองคู่ขนานหนึ่งอันประกอบด้วยขดลวดที่ต่อแบบอนุกรม 1 และ 2 และขดลวดที่ต่อแบบอนุกรม 3 และ 4 อันที่สอง

ข้าว. 5. แผนผังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่ง่ายที่สุดพร้อมกระดองวงแหวน

แต่ละขดลวดเมื่อกระดองหมุนตามแปรงจะมีขั้วคงที่ การเปลี่ยนแปลงที่อยู่ ฯลฯ c. ขดลวดในเวลาที่มีการหมุนของกระดองแสดงในรูปที่ 6, ก. ดี ดีC. บนแปรง เท่ากับ e. เป็นต้น v. แต่ละกิ่งขนานกันของกระดองที่คดเคี้ยว. รูปที่. ๕ แสดงว่า จ. เป็นต้น ค. แขนงคู่ขนานเท่ากับหรือจ. เป็นต้น ค. หนึ่งขดหรือปริมาณจ. เป็นต้น ค. สองขดลวดที่อยู่ติดกัน:

อันเป็นผลมาจากการเต้นของอีนี้ เป็นต้น c. ขดลวดกระดองลดลงอย่างมาก (รูปที่ 6, b) โดยการเพิ่มจำนวนรอบและแผ่นสะสม ทำให้ได้รับรังสีเกือบคงที่ เป็นต้น ก. ขดลวดกระดอง.

การออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

ในกระบวนการของความก้าวหน้าทางเทคนิคด้านวิศวกรรมไฟฟ้า การออกแบบเครื่อง DC จะเปลี่ยนไป แม้ว่ารายละเอียดพื้นฐานจะยังคงเหมือนเดิมก็ตาม

พิจารณาอุปกรณ์ของเครื่อง DC ประเภทหนึ่งที่ผลิตโดยอุตสาหกรรม ตามที่ระบุไว้ ชิ้นส่วนหลักของเครื่องคือสเตเตอร์และกระดอง สเตเตอร์ 6 (รูปที่ 7) ทำในรูปของกระบอกเหล็ก ทำหน้าที่ทั้งยึดชิ้นส่วนอื่น ๆ และป้องกันความเสียหายทางกล และเป็นส่วนที่อยู่กับที่ของวงจรแม่เหล็ก

ขั้วแม่เหล็ก 4 ติดอยู่กับสเตเตอร์ซึ่งสามารถเป็นได้ แม่เหล็กถาวร (สำหรับเครื่องจักรพลังงานต่ำ) หรือแม่เหล็กไฟฟ้า ในกรณีหลังนี้ ขดลวดที่น่าตื่นเต้น 5 จะวางอยู่บนเสา จ่ายกระแสไฟตรงและสร้างฟลักซ์แม่เหล็กนิ่งที่สัมพันธ์กับสเตเตอร์

ด้วยจำนวนเสาจำนวนมาก ขดลวดของพวกมันจะเชื่อมต่อแบบขนานหรือแบบอนุกรม แต่เพื่อให้ขั้วเหนือและขั้วใต้สลับกัน (ดูรูปที่ 1) เสาเพิ่มเติมที่มีขดลวดของตัวเองตั้งอยู่ระหว่างเสาหลัก แผ่นปิดปลาย 7 ติดอยู่กับสเตเตอร์ (รูปที่ 7)

กระดอง 3 ของเครื่อง DC ประกอบจากเหล็กแผ่น (ดูรูปที่ 2) เพื่อลดการสูญเสียพลังงานจากกระแสไหลวน แผ่นฉนวนออกจากกันกระดองเป็นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ (หมุนได้) ของวงจรแม่เหล็กของเครื่อง ขดลวดกระดองหรือขดลวดทำงาน 9 ถูกวางไว้ในช่องกระดอง

ข้าว. 6. การเปลี่ยนแปลงเวลาของ EMF จากขดลวดและขดลวดของกระดองวงแหวน

ปัจจุบันเครื่องจักรผลิตด้วยกระดองและม้วนแบบดรัม แหวนกระดองที่คดเคี้ยวก่อนหน้านี้มีข้อเสียที่จ. เป็นต้น c. ถูกเหนี่ยวนำในตัวนำที่อยู่บนพื้นผิวด้านนอกของกระดองเท่านั้น ดังนั้นจึงมีเพียงครึ่งเดียวของสายที่ใช้งานอยู่ ในกระดองที่คดเคี้ยวของดรัมสายไฟทั้งหมดจะทำงานนั่นคือเพื่อสร้าง e เดียวกัน เช่นเดียวกับเครื่อง Ring-Armature ที่ต้องใช้วัสดุนำไฟฟ้าเกือบครึ่งหนึ่ง

ตัวนำของกระดองที่คดเคี้ยวอยู่ในร่องเชื่อมต่อกันโดยส่วนหน้าของวงเลี้ยว แต่ละช่องมักจะมีสายไฟหลายเส้น ตัวนำของสล็อตหนึ่งเชื่อมต่อกับตัวนำของอีกสล็อตหนึ่งเพื่อสร้างการเชื่อมต่อแบบอนุกรมที่เรียกว่า ขดลวด หรือ ส่วน ส่วนต่างๆ เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมและสร้างวงจรปิด ลำดับพันธะควรเป็นเช่นนั้น e เป็นต้น ก. ในสายไฟที่ต่อขนานกันมีทิศทางเดียวกัน.

ในรูป 8 แสดงการม้วนกระดองแบบดรัมที่ง่ายที่สุดของเครื่องสองขั้ว เส้นทึบแสดงการเชื่อมต่อของส่วนต่างๆ เข้าด้วยกันที่ด้านตัวสะสม และเส้นประแสดงการต่อปลายของสายไฟที่ด้านตรงข้าม แถบทำจากจุดเชื่อมต่อของส่วนไปยังแผ่นสะสม ทิศทางของ e. เป็นต้น หน้า ในสายไฟของขดลวดจะแสดงในรูป: «+» — ทิศทางจากเครื่องอ่าน «•» — ทิศทางไปยังเครื่องอ่าน

ขดลวดของกระดองดังกล่าวยังมีสองกิ่งขนานกัน: อันแรกเกิดจากสายไฟของช่อง 1, 6, 3, 8, อันที่สอง - โดยสายไฟของช่อง 4, 7, 2, 5 เมื่อกระดองหมุน การรวมกันของช่องที่มีสายไฟเป็นสาขาคู่ขนานเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา แต่สาขาคู่ขนานจะเกิดขึ้นจากสายของช่องสัญญาณทั้งสี่ซึ่งครอบครองตำแหน่งคงที่ในอวกาศ

ข้าว. 7. การจัดเรียงของเครื่อง DC กระดองแบบดรัม

ข้าว. 8. การคดเคี้ยวที่ง่ายที่สุด

เครื่องจักรที่ผลิตโดยโรงงานมีร่องหลายสิบหรือหลายร้อยร่องตามเส้นรอบวงของกระดองของดรัมและจำนวนแผ่นสะสมเท่ากับจำนวนส่วนของขดลวดกระดอง

ตัวสะสม 1 (ดูรูปที่ 7) ประกอบด้วยแผ่นทองแดงซึ่งแยกออกจากกันซึ่งเชื่อมต่อกับจุดเชื่อมต่อของส่วนของขดลวดกระดองและทำหน้าที่แปลงตัวแปร e เป็นต้น v. ในสายไฟของกระดองที่คดเคี้ยวคงที่ e. เป็นต้น c บนแปรง 2 ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือการแปลงกระแสตรงที่จ่ายให้กับแปรงของมอเตอร์จากเครือข่ายเป็นกระแสสลับในสายไฟของขดลวดกระดองของมอเตอร์ ตัวสะสมหมุนด้วยกระดอง

เมื่อกระดองหมุน แปรงคงที่ 2 จะเลื่อนไปตามตัวสะสม แปรงคือกราไฟต์และกราไฟต์ทองแดง ติดตั้งอยู่ในที่วางแปรงที่สามารถหมุนได้ในมุมที่กำหนด ใบพัด 8 สำหรับการระบายอากาศเชื่อมต่อกับจุดยึด

การจำแนกประเภทและพารามิเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

การจำแนกประเภทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงขึ้นอยู่กับประเภทของแหล่งพลังงานของขดลวดกระตุ้น แยกแยะ:

1.เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระตุ้นตัวเอง ขดลวดกระตุ้นซึ่งใช้พลังงานจากแหล่งภายนอก (แบตเตอรี่หรือแหล่งกระแสตรงอื่น ๆ ) ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังต่ำ (หลายสิบวัตต์) แม่เหล็กถาวรสามารถสร้างฟลักซ์แม่เหล็กหลักได้

2. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระตุ้นตัวเอง ขดลวดกระตุ้นซึ่งขับเคลื่อนโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเอง ตามรูปแบบการเชื่อมต่อของขดลวดกระดองและขดลวดกระตุ้นที่สัมพันธ์กับวงจรภายนอกมี: เครื่องกำเนิดการกระตุ้นแบบขนานซึ่งขดลวดกระตุ้นเชื่อมต่อแบบขนานกับขดลวดกระดอง (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแบ่ง) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระตุ้นแบบอนุกรม ขดลวดเชื่อมต่อเป็นอนุกรม (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอนุกรม) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีการกระตุ้นแบบผสมซึ่งขดลวดที่น่าตื่นเต้นหนึ่งเส้นเชื่อมต่อขนานกับขดลวดกระดองและชุดที่สอง (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบรวม)

โหมดพิกัดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงถูกกำหนดโดยกำลังไฟที่กำหนด - พลังงานที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามอบให้กับเครื่องรับ, แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดที่ขั้วของขดลวดกระดอง, กระแสไฟฟ้าที่กำหนดของกระดอง, กระแสกระตุ้น, ความถี่ที่กำหนดของ การหมุนของกระดอง ค่าเหล่านี้มักจะระบุไว้ในหนังสือเดินทางของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า