Bau eines Gleichstromgenerators

Definition des Gleichstromgenerators

Ein Gleichstromgenerator ist ein elektrisches Gerät, das mechanische Energie in Gleichstrom (DC) umwandelt. Er arbeitet nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, wenn ein Leiter durch ein Magnetfeld bewegt wird, entsteht eine Spannungsdifferenz im Leiter, die, wenn sie an einen geschlossenen Stromkreis angeschlossen ist, einen Stromfluss verursacht.

Aufbau des Gleichstromgenerators

Joch

Das Joch besteht in der Regel aus Gusseisen oder Gusstahl, abhängig von der Größe und dem Gewicht des Generators.

Verwendung des Jochs

Es hält die magnetischen Pole des Generators fest und dient als Schutzabdeckung für die Maschine.

Es leitet den vom Feldwinding erzeugten magnetischen Fluss.

Magnetische Pole und Feldwindungen

Die magnetischen Pole und Feldwindungen sind die stationären Komponenten eines Gleichstromgenerators, die das Hauptmagnetfeld in der Maschine erzeugen. Sie sind an der Innenseite und Außenseite des Jochs befestigt.

Der vertikale Stab besteht aus gestanztem Stahl oder massivem Gusseisen oder Stahl. Die Lamination reduziert Wirbelstromverluste in den magnetischen Polen. Die Pole sind vorstehend, was bedeutet, dass sie von außen in Richtung des Jochs hineinragen.

Armatur

Die Armatur ist definiert als der rotierende Teil eines Gleichstromgenerators, der die Armaturwicklung trägt, in der die elektromotorische Kraft durch das Magnetfeld induziert wird. Sie ist auf einer Welle montiert, die zwischen den Polen rotiert.

Der Armaturkern besteht aus gestanztem Stahl mit Nuten an seiner Außenfläche. Diese Nuten dienen dazu, die Armaturleiter voneinander und vom Kern isoliert zu halten. Die Lamination reduziert Wirbelstromverluste im Kern.

Die Armaturwicklung wird gebildet, indem mehrere Wicklungen aus isoliertem Kupferdraht oder Band in einem bestimmten Muster verbunden werden. Es gibt zwei Arten von Armaturwicklungen: Lap-Wicklung und Wellenform-Wicklung.

Lap-Wicklung: Bei dieser Art von Wicklung ist jedes Wicklungsende mit einem benachbarten Kommutatorsegment und einem anderen Wicklungsende auf derselben Seite der Armatur verbunden.

Wellenform-Wicklung: Bei dieser Art von Wicklung ist jedes Wicklungsende mit einem Kommutatorsegment verbunden, das eine Polentfernung vom Kommutatorsegment entfernt ist, und mit einem anderen Wicklungsende auf der anderen Seite der Armatur verbunden.

Kommutator

Ein Kommutator ist ein mechanisches Gerät, das die induzierte Wechselstrom-Elektromotorkraft in der Armaturwicklung in Gleichspannung an beiden Lastterminals umwandelt. Er wirkt als Rechteckifier für die Gleichstromerzeugung.

Der Kommutator besteht aus keilförmigen Segmenten aus hartgezogenem oder gefallen gehämmertem Kupfer, die durch Micascheiben voneinander und von der Welle isoliert sind. Jedes Segment ist über einen Stecker oder Verbindungsmittel mit dem Armaturleiter verbunden.

Die Kommutatorsegmente sind zylindrisch auf der Achse angeordnet und drehen sich mit der Achse. Die Anzahl der Segmente hängt von der Anzahl der Wicklungen in der Armaturwicklung ab.

Kohlenstock

Kohlenstöcke bestehen aus Kohle- oder Graphitblöcken, die den Strom von den Kommutatorsegmenten sammeln und in einen externen Stromkreis übertragen. Sie stellen auch den elektrischen Kontakt zwischen den stationären und rotierenden Teilen des Generators her.

Kohlenstöcke sind in rechteckigen Kästen, sogenannten Kohlenhalter, untergebracht, die an einem Joch oder Lagerhalter befestigt sind. Der Kohlenhalter hat eine Feder, die es ermöglicht, den Kohlenstock mit angemessener Druckkraft gegen den Kommutator zu pressen. Der Kohlenstock sollte an der Stelle auf dem Kommutator platziert werden, wo die induzierte Elektromotorkraft im Armaturleiter ihre Richtung ändert. Diese Positionen werden als neutrale Zonen oder geometrische neutrale Achsen (GNA) bezeichnet.

Lager

Lager werden verwendet, um die rotierende Welle des Generators zu stützen und die Reibung zwischen der Welle und den stationären Komponenten zu reduzieren. Sie ermöglichen auch, dass die Welle glatt und gleichmäßig rotiert.

Für kleine Generatoren werden Kugellager verwendet, da sie geringe Reibung und hohe Effizienz haben. Für große Generatoren werden Rollenlager verwendet, da sie schwere Belastungen und Stoßlasten aushalten können.

Lager müssen ordnungsgemäß geschmiert werden, um eine reibungsarme Funktion und eine lange Lebensdauer des Generators zu gewährleisten. Die Schmierung kann durch Ölringe, Ölbäder, Fettbecher oder gezwungene Schmiersysteme erfolgen.

Funktionsprinzip

Wenn die Armatur in einem Magnetfeld rotiert, induziert sie gemäß Faradays Gesetz der elektromagnetischen Induktion eine elektromotorische Kraft im Leiter.

Typen von Gleichstromgeneratoren

Separat erregter Gleichstromgenerator: Bei diesem Typ wird die Erregerwicklung durch eine unabhängige externe Gleichstromquelle, wie eine Batterie oder ein anderer Gleichstromgenerator, erregt.

Selbst erregter Gleichstromgenerator: Bei diesem Typ wird die Erregerwicklung durch die eigene erzeugte Spannung nach der Anfangsmagnetisierung durch Restmagnetismus erregt. Es gibt drei Unterarten: Serienschaltung, geteilte Schaltung und kombinierte Schaltung.

Permanentmagnet-Gleichstromgenerator: Bei diesem Typ gibt es keine Magnetfeldspule, sondern einen Permanentmagneten, der einen konstanten magnetischen Fluss bereitstellt.

Anwendungen

• Aufladen von Batterien für Autos, Inverter und Solarpaneele.

• Energieversorgung für Traktionsmotoren in Elektroautos, Zügen und Kränen.

• Energieversorgung für Lichtbogenschweißmaschinen, Galvanisierungsgeräte und elektrolytische Prozesse.

• Energieversorgung für abgelegene Gebiete, in denen die Wechselstromübertragung nicht praktikabel oder wirtschaftlich ist.

• Energieversorgung für die Prüfung von Wechselstrommaschinen und -schaltungen.

Fazit

Ein Gleichstromgenerator ist ein wichtiges Gerät zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie durch elektromagnetische Induktion. Er besteht aus mehreren Komponenten, wie Joch, Pol, Feldwicklung, Armatur, Kommutator, Kohlenstock und Lager, die zusammenarbeiten, um Gleichstrom zu erzeugen. Gleichstromgeneratoren können nach ihrer Erregungsart in verschiedene Typen unterteilt werden. Gleichstromgeneratoren finden vielfältige Anwendungen in verschiedenen Bereichen, wie Batterieladung, Traktion, Schweißen, Galvanisieren, Elektrolyse und Fernversorgung.