Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Реферат:

«Генератор постоянного тока»

Выполнил

Студент группы СТЭ - 07 - 2: Кормин А.Н.

Проверил: Тишинский И.В.

Тюмень - 2009

ВВЕДЕНИЕ

Генераторы постоянного тока являются источниками постоянного тока, в которых осуществляется преобразование механической энергии в электрическую. Якорь генератора приводится во вращение каким-либо двигателем, в качестве которого могут быть использованы электрические двигатели внутреннего сгорания и т.д. Генераторы постоянного тока находят применение в тех отраслях промышленности, где по условиям производства необходим или является предпочтительным постоянный ток (на предприятиях металлургической и электролизной промышленности, на транспорте, на судах и др.). Используются они и на электростанциях в качестве возбудителей синхронных генераторов и источников постоянного тока.

В последнее время в связи с развитием полупроводниковой техники для получения постоянного тока часто применяются выпрямительные установки, но несмотря на это генераторы постоянного тока продолжают находить широкое применение.

Генераторы постоянного тока выпускаются на мощности от нескольких киловатт до 10 000 кВт.

Режим работы электрической машины в условиях, для которых она предназначена заводом-изготовителем, называется номинальным. Величины, соответствующие этому режиму работы (мощность, ток, напряжение, частота вращения и др.), являются номинальными данными машины. Они указываются в каталогах и выбиваются на табличке, прикрепленной к станине машины.

Общие сведения

Генератор тока -- идеализированный источник питания, который создаёт ток I = Ik, не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединён, а его ЭДС E и внутреннее сопротивление RB равны бесконечности. Отношение двух бесконечно больших величин E / RB равно конечной величине -- Ik.

На рисунке 1 представлена схема источника тока с током Ik = E / RB и параллельно с ним включенным сопротивлением RB (стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника тока).

Реальные генераторы тока имеют различные ограничения (например по напряжению на его выходе), а также нелинейные зависимости от внешних условий.

Хотя в промышленности применяется главным образом переменный ток, генераторы постоянного тока широко используются в различных промышленных, транспортных и других установках (для питания электроприводов с широким регулированием скорости вращения, в электролизной промышленности, на судах, тепловозах и т. д.). В этих случаях генераторы постоянного тока обычно приводятся во вращение электродвигателями переменного тока, паровыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания.

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения

(Различаются генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением.

Генераторы независимого возбуждения делятся на генераторы с электромагнитным возбуждением, в которых обмотка возбуждения ОВ питается постоянным током от постороннего источника (аккумуляторная батарея, вспомогательный генератор или возбудитель постоянного тока, выпрямитель переменного тока), и на магнитоэлектрические генераторы с полюсами в виде постоянных магнитов. Генераторы последнего типа изготовляются только на малые мощности. В данной главе рассматриваются генераторы с электромагнитным возбуждением.

В генераторах с самовозбуждением обмотки возбуждения питаются электрической энергией, вырабатываемой в самом генераторе.

Во всех генераторах с электромагнитным возбуждением на возбуждение расходуется 0,3--5% номинальной мощности машины. Первая цифра относится к самым мощным машинам, а вторая -- к машинам мощностью около 1 кет.

Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа включения обмоток возбуждения делятся на:

1) генераторы параллельного возбуждения, или шунтовые;

2) генераторы последовательного возбуждения, или сериесные;

3) генераторы смешанного возбуждения, или компаундные.

Принцип работы генераторов постоянного тока

Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами.

Простейший генератор постоянного тока (рис. 3) представляет собой помещенную между полюсами магнита рамку из проводника, концы которого присоединены к изолированным полукольцам, называемым пластинами коллектора. К полукольцам (коллектору) прижимаются положительная и отрицательная щетки, которые замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. Для работы генератора рамку проводника с коллектором необходимо вращать. В соответствии с правилом правой руки при вращении рамки проводника с коллектором в ней будет индуктироваться электрический ток, изменяющий свое направление через каждые пол-оборота, так как магнитные силовые линии каждой стороной рамки будут пересекаться то о одном, то в другом направлении. Вместе с этим через каждые пол-оборота изменяется контакт концов проводника рамки и полуколец коллектора со щетками генератора. Во внешнюю цепь ток будет идти в одном направлении, изменяясь только по величине от 0 до максимума. Таким образом, коллектор в генераторе служит для выпрямления переменного тока, вырабатываемого рамкой. Для того чтобы электрический ток был постоянным не только по направлению, но и по величине, (по величине -- приблизительно постоянным), коллектор делают из многих (36 и более) пластин, а проводник представляет собой много рамок или секций, выполненных в виде обмотки якоря.

Рис. 3. Схема простейшего генератора постоянного тока: 1 -- полукольцо или коллекторная пластина; I -- рама проводника; 3 -- щетка генератора.

Заряд аккумулятора

В современных системах автономного электроснабжения применяются в основном кислотные необслуживаемые аккумуляторы с длительным сроком службы, собранные по технологии AGM. Также применяются гелевые аккумуляторы, но они немного более дороги. Применение аккумуляторов автомобильного типа неоправдано из-за короткого срока службы, сульфатации при недостаточном заряде и расслоении электролита при хроническом недозаряде. Возможно применение автомобильного типа аккумуляторов только совместно с контроллером, который обеспечивает "эквализацию", при избытке солнечных батарей (чтобы обеспечить максимум заряда), при этом надо обратить внимание, на конструкцию аккумуляторов: сплав свинца, олова и кальция должен быть и на положительном и на отрицательном электроде, кроме этого аккумулятор должен быть необслуживаемым и, желательно, герметичным.

При подключении генератора к аккумулятору следует строго соблюдать полярность. Для повышения зарядного тока напряжение генератора должно быть немного выше напряжения аккумулятора. Такая задача была бы достаточно простой для инженера-электрика, если бы напряжение аккумуляторе оставалось постоянным. В действительности оно может меняться от 12 В при разряженном аккумуляторе до 16 В при полностью заряженном.

Если поддерживать на выходе генератора постоянное напряжение, тогда при заряде полностью разряженного аккумулятора с выхода генератора пойдет слишком большой ток, который сожжет обмотки якоря. Поэтому регулятор напряжения, работающий совместно с генератором, должен включать в себя механизм компенсации, чувствительный к нагрузке, потребляемой аккумулятором и электрооборудованием автомобиля.

Если во время работы генератора его напряжение упадет ниже напряжения аккумулятора, то ток из аккумулятора пойдет в генератор и последний превратится в электродвигатель. Для того, чтобы этого не происходило, в цепь заряда должно быть включено устройство, прерывающее цепь по мере необходимости. Обычно таким устройством является реле обратного тока.

Реле обратного тока

генератор постоянный ток аккумулятор

Назначение реле -- включать цепь заряда, когда напряжение генератора выше напряжения аккумулятора, т.е. превышает 13 В, и отключать эту цепь в противном случае. Катушка реле подключена одним концом к выходной клемме генератора, а вторым -- к массе. Катушка рассчитана таким образом, что при достижении определенного уровня напряжения на выходе генератора она образует магнитное поле, достаточное для притяжения стальной пластинки (якоря) с контактами. Заметьте, что при не работающем двигателе и включенном зажигании сигнальная лампочка будет гореть. При разгоне двигателя до оборотов, при которых напряжение не выходе генератора достигает напряжения аккумулятора, сигнальная лампочка гаснет. Катушка реле обратного тока притягивает якорь и его контакты включают цепь, соединяющую генератор с аккумулятором, и закорачивают сигнальную лампочку.

При опускании якоря реле замыкаются контакты, соединяющие выход генератора с аккумулятором. При уменьшении оборотов двигателя напряжение на выходе генератора снижается до уровня, когда магнитное поле катушки реле не в состоянии, противостоять усилию возвратной пружины якоря, тогда якорь поднимается и разрывает контакты.

Реле обратного тока, катушка которого имеет две обмотки. Основная, параллельная обмотка катушки выполнена из нескольких сотен витком эмалированного медного провода. Эта обмотка создает основное магнитное поле катушки. вторая обмотка содержит несколько витков толстого медного провода и включена последовательно в цепь заряда аккумулятора. Она пропускает через себя весь зарядный ток. При замкнутых контактах большой зарядный ток, протекающий через последовательную обмотку, создает в катушке дополнительное магнитное поле, которое помогает полю, образованному последовательной обмоткой, надежно прижать контакты, пропускающие зарядный ток. Если напряжение генератора опускается ниже напряжения аккумулятора, например, на холостом ходу, ток в последовательной катушке меняет направление, т.е. начинает течь от аккумуляторе к генератору. В этом случае последовательная обмотка создает магнитное поле, противоположное основной катушке, и тем самым помогает возвратной пружине быстро и надежно разомкнуть контакты реле.

Обратите внимание на пластинчатую пружину с винтом регулировки напряжения включения реле. Обычно эта пружина состоит из двух склепанных между собой полосок металла, имеющих различный коэффициент теплового расширения. При нагревании такая пружина будет изгибаться. По мере роста температуры в моторном отделении сопротивление параллельной обмотки растет и для притяжения якоря потребуется большее напряжение на выходе генератора. Биметаллическая пружина в этом случае играет роль компенсатора: она изгибается и уменьшает свое противодействие притяжению якоря реле. Таким обрезом, замыкание и размыкание контактов происходит практически при неизменном напряжении.

Регулятор напряжения

Если напряжение генератора возрастает до слишком высоко уровня, регулятор включает между выходом генератора и обмоткой возбуждения дополнительное сопротивление. При этом магнитное поле генератора уменьшается и соответственно снижается напряжение не выходе.

Регулятор с электромагнитным реле, подобным реле обратного тока. Параллельная обмотка катушки реле подключено к выводам й и Е генератора. Контакты репе нормально замкнуты и шунтируют добавочный резистор цепи возбуждения. При опускании якоря контакты размыкаются и добавочный резистор оказывается включенным между выводами генератора й и Р, уменьшен тем самым ток возбуждения. Натяжение возвратной пружины регулируется винтом и зависит от температуры, поскольку пружина также изготовлена из биметалла.

Этот регулятор имеет недостаток, состоящий в том, что при разряженном аккумуляторе большой зарядный ток генератора может сжечь обмотки якоря. Поэтому в схему регулятора напряжения вводятся дополнения, не допускающие большой разницы между напряжением аккумулятора и выходным напряжением генератора.

Регулятор напряжения с компенсацией по зарядному току

Дополнительная обмотка содержит несколько витков толстого провода и включена последовательно с нагрузкой генератора. Ток, проходящий по обмотке увеличивает магнитное поле, создаваемое параллельной обмоткой.

При большой нагрузке магнитные поля, создаваемые обеими обмотками, складываются и увеличивают тяговое усилие катушки по сравнению с одной параллельной обмоткой. Контакты регулятора размыкаются при меньшем напряжении и, таким образом, напряжение на выходе генератора изменяется в зависимости от зарядного тока.

Регулятор с компенсацией по нагрузке

Идея компенсации может быть развита невинной дополнительный витков последовательной обмотки, через которые проходит ток к потребителям электроэнергии, таким как передние фары. При компенсации только по зарядному току напряжение не клеммах аккумулятора, особенно разряженного, может дополнительно упасть при включении энергоемких потребителей. Если пропустить ток этих потребителей через дополнительную обмотку регулятора, то магнитное поле катушки еще больше возрастет, а напряжение на выходе генератора дополнительно понизится, чем будет достигнута дополнительная защита.

Число витков компенсирующей и нагрузочной обмоток подбирается каждый рез применительно к конкретному генератору и энергопотребителям. Поэтому при замене регулятора необходимо внимательно следовать рекомендациям изготовителя.

Регулятор с полной компенсацией

Ток генератора с вывода А попадает на общую металлическую рамку регулятора напряжения и реле обратного тока. Пройдя через замкнутые контакты реле обратного тока, ток попадает на последовательные обмотки катушек обоих реле и далее -- через клеммы А и А1 идет не заряд аккумулятора и на питание потребителей. Цепь замыкается через массу автомобиля.

Блоки управления такого типа использовались на автомобилях длительное время. Недостатком такой схемы является то, что генератор не все время работает на полную мощность во время заряда аккумулятора. Идеальная схеме управления должна была бы обеспечить максимальный ток заряде, пока аккумулятор не зарядится полностью, чтобы обеспечить минимальное время восстановления заряда, после чего она должна перейти в режим подзаряда. Это требование может быть удовлетворено путем введения одного небольшого усложнения в схему регулятора.

Регулятор тока и напряжения

Регулятор с компенсацией по напряжению начинает заряжать разряженный аккумулятор большим током, но затем этот ток быстро падает и устанавливается на уровне подзаряда. В это время аккумулятор восстанавливает свой заряд очень медленно. Регулирование по току и напряжению позволяет заряжать аккумулятор большим током более продолжительное время до тех пор, пока напряжение аккумулятора не поднимется настолько, что регулирование по напряжению станет преобладающим.

Блок управления, реализующий такой принцип. Блок состоит из трех частей:

а) Реле обратного тока

б) Регулятора тока, который позволяет использовал всю выходную мощность генератора, пока напряжение аккумулятора не достигнет заданного уровня

в) Регулятора напряжения, который включается в работу на последнем этапе заряде, когда зарядный ток держится на уровне 1 -- 2 А.

Форсирующая обмотка

В некоторых регуляторах напряжения имеется дополнительная обмотка из нескольких витков толстого провода, которая призвана помочь параллельной обмотке притянуть якорь регулятора. Назначение этой обмотки состоит в том, чтобы ускорить переброс якоря и таким образом повысить частоту вибрации регулятора. Поэтому иногда эта обмотка называется частотной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электрический ток вырабатывается в генераторах - устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи и т.п. Область применения каждого из перечисленных видов генераторов электроэнергии определяется их характеристиками. Преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы переменного тока. В этих генераторах механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Такие генераторы имеют сравнительно простое устройство и позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении.

В настоящее время имеется много типов индукционных генераторов. Но все они состоят из одних и тех же основных частей. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-вторых, обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС (в рассмотренной модели это вращающаяся рамка). Так как ЭДС, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока Ф=BS через каждый виток. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, - в пазах другого. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим. Этим обеспечивается наибольшее значение потока магнитной индукции. В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. Дело в том, что подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходиться при помощи скользящих контактов. Для этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки. Неподвижные пластины - щетки - прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том же валу. В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны. Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.

Нигде в природе нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать электрическую энергию столь же непрерывно и экономично.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Справочник автомеханика / G. В. Березин. -- Ростов н/Д : Феникс, 2008. -- 346,12} с. : ил. -- (Справочник).

2. Электротехника и электрооборудование автомобилей: Учеб. пособиеЛО.Т. Чумаченко, А.А. Федорченко. -- Ростов н/Д: Феникс, 2005. -- 384 с. (НПО).

3. Андреев И.Н. Электрохимические устройства - ХИТ. - Казань: Изд-во КГТУ, 1999. - 84с.

4. Воронков Г.Я. Электричество в мире химии. - М.: Знание, 1987. - 144с.

5. Томилин А.Н. Мир электричества. - М.: Дрофа, 2004. - 304с.

6. Хрусталев Д.А. Аккумуляторы. - М.: Изумруд, 2003. - 224с.

Размещено на Allbest.ru