Budowa generatora prądu stałego

Definicja generatora prądu stałego

Generator prądu stałego to urządzenie elektryczne, które przekształca energię mechaniczną w prąd stały (DC). Działa zgodnie z zasadą indukcji elektromagnetycznej, gdy przewodnik przechodzi przez pole magnetyczne, tworząc różnicę potencjałów w przewodniku, która, jeśli jest podłączona do zamkniętego obwodu, powoduje przepływ prądu.

Konstrukcja generatora prądu stałego

Obudowa

Obudowa jest zwykle wykonana z odlewniczego żelaza lub stali, w zależności od rozmiaru i wagi generatora.

Zastosowanie obudowy

Trzyma magnetyczne bieguny generatora na miejscu i działa jako osłona dla maszyny.

Prowadzi strumień magnetyczny wyprodukowany przez cewki polowe.

Magnetyczne bieguny i cewki polowe

Magnetyczne bieguny i cewki polowe to nieruchome elementy generatora prądu stałego, które generują główne pole magnetyczne w maszynie. Są one mocowane do wnętrza i zewnętrznej części obudowy.

Pionowy pręt jest wykonany z laminowanego żelaza lub jednolitego odlewniczego żelaza lub stali. Laminacja zmniejsza straty wirującego prądu w magnetycznych biegunach. Bieguny są wystające, co oznacza, że wychodzą wewnątrz obudowy.

Armatura

Armatura to obracająca się część generatora prądu stałego, która zawiera cewkę armatury, w której indukuje się siłę elektromotoryczną przez pole magnetyczne. Jest zamontowana na wałku, który obraca się między biegunami.

Jądro armatury jest wykonane z laminowanego żelaza z rowkami na zewnętrznej powierzchni. Te rowki służą do umieszczenia przewodników armatury izolowanych od siebie nawzajem i od jądra. Laminacja zmniejsza straty wirującego prądu w jądrze.

Cewka armatury powstaje poprzez połączenie kilku cewek izolowanego miedzianego drutu lub taśmy w określonym wzorcu. Istnieją dwa typy cewek armatury: cewka okładkowa i cewka falista.

Cewka okładkowa: W tym typie cewki każdy koniec cewki jest podłączony do sąsiedniego segmentu komutatora i innego końca cewki po tej samej stronie armatury.

Cewka falista: W tym typie cewki każdy koniec cewki jest podłączony do segmentu komutatora, który jest w odległości jednego bieguna od segmentu komutatora i podłączony do innego końca cewki po przeciwnej stronie armatury.

Komutator

Komutator to urządzenie mechaniczne, które przekształca indukowaną w cewce armatury siłę elektromotoryczną przemienną w napięcie stałe na końcach terminali obciążenia. Działa jako prostownik dla generowania prądu stałego.

Komutator składa się z segmentów w kształcie klinów z hartowanej lub ręcznie wykuwanej miedzi, które są izolowane od siebie nawzajem i od wałka za pomocą arkuszy miki. Każdy segment jest podłączony do przewodnika armatury poprzez wypustkę lub połączenie.

Segmenty komutatora są ułożone w kształcie walca na osi i obracają się razem z osią. Liczba segmentów zależy od liczby cewek w cewce armatury.

Ściereczka elektryczna

Ściereczki są wykonane z bloków węgla lub grafitu, które zbierają prąd z segmentu komutatora i przesyłają go do zewnętrznego obwodu. Zapewniają również kontakt elektryczny między nieruchomymi i obracającymi się częściami generatora.

Ściereczki są zamontowane w prostokątnych skrzynkach zwanych podstawami ścierek, które są przytwierdzone do obudowy lub podstawy łożyska. Podstawa ścierek ma sprężynę, która pozwala na naciśnięcie ścierecki na komutator z odpowiednim naciskiem. Ściereczka powinna być umieszczona na komutatorze, gdzie indukowana siła elektromotoryczna w przewodniku armatury zmienia swoją kierunek. Te miejsca nazywane są strefami neutralnymi lub geometrycznymi osiami neutralnymi (GNA).

Łoże łożyskowe

Łoże łożyskowe służy do podtrzymywania obracającego się wałka generatora i zmniejszania tarcia między wałkiem a nieruchomymi częściami. Pozwala również na gładkie i równomierne obracanie się wałka.

Dla małych generatorów stosuje się łożyska kulkowe, ponieważ mają niskie tarcie i wysoką efektywność. Dla dużych generatorów stosuje się łożyska rolkowe, ponieważ mogą one znosić ciężkie obciążenia i wstrząsy.

Łoże łożyskowe muszą być prawidłowo smarowane, aby zapewnić gładką pracę i długi czas użytkowania generatora. Smarowanie może odbywać się za pomocą pierścieni olejowych, wann olejowych, kubków smarowych lub systemów wymuszonych.

Zasada działania

Kiedy armatura obraca się w polu magnetycznym, indukuje siłę elektromotoryczną w przewodniku zgodnie z prawem Faradaya indukcji elektromagnetycznej.

Typy generatorów prądu stałego

Generator prądu stałego z samowzbudzeniem zewnętrzny: W tym typie cewka wzbudzająca jest wzbudzana przez niezależne zewnętrzne źródło prądu stałego, takie jak bateria lub inny generator prądu stałego.

Generator prądu stałego z samowzbudzeniem: W tym typie cewka wzbudzająca jest wzbudzana przez własne wygenerowane napięcie po początkowej magnetyzacji przez resztową magnetyzację. Istnieją trzy podtypy: cewka szeregowa, cewka rozdzielona i cewka zespolona.

Generator prądu stałego z magnesem trwałym: W tym typie nie ma cewki polowej, ale magnes trwałym, który zapewnia stały strumień magnetyczny.

Zastosowanie

• Ładowanie akumulatorów samochodowych, odwracaczy i paneli słonecznych.

• Napęd silników trakcyjnych w samochodach elektrycznych, pociągach i dźwigach.

• Zasilanie maszyn spawalniczych, urządzeń galwanicznych i procesów elektrolitycznych.

• Dostarczanie energii do odległych obszarów, gdzie transmisja prądu przemiennego nie jest wykonalna lub ekonomiczna.

• Zasilanie testów maszyn prądu przemiennego i obwodów.

Podsumowanie

Generator prądu stałego to ważne urządzenie do przekształcania energii mechanicznej w energię elektryczną przez indukcję elektromagnetyczną. Składa się z wielu elementów, takich jak obudowa, biegun, cewka polowa, armatura, komutator, ściereczka i łożysko, które współpracują, aby wyprodukować prąd stały. Generatory prądu stałego można podzielić na różne typy według metody wzbudzenia. Generatory prądu stałego mają wiele zastosowań w różnych dziedzinach, takich jak ładowanie akumulatorów, napęd trakcyjny, spawanie, galwanizacja, elektroliza i zasilanie odległych obszarów.