Генератор постоянного тока

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 

Реферат:

«Генератор постоянного тока»   

Тема 3 

 Выполнил    

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

Проверил:                                                                                        Тишинский И.В. 
 
 
 
 

                                                 Оценка:  
 
 
 
 
 
 
 

Тюмень - 2009

СОДЕРЖАНИЕ

  Стр.

Введение…………………………………………………….……................3

1. Общие сведения…….…….…….………………………..………………4
2. Принцип работы генераторов постоянного тока………………………6
3. Заряд аккомулятора………………………………………………………8
4. Реле обратного тока………………………………………………………10
5. регуляторы напряжения………………………………………………….12
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ…….…….…….…….…….…….…….….…….………..15
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…….…….…….…….…….…….………...….17

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    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 аккомулятора 

    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. 

    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.