Генератор постоянного тока презентация кратко

Обновлено: 02.07.2024

Электрический генератор
Основное оборудование электрических станций и подстанций.

Электрический генератор - это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

История изобретения генератора электрического тока
Первый электрический генератор появился на свет в 1832 году благодаря французским техникам-изобретателям братьям Пикси.
Хотя он был абсолютно непрактичным, приходилось вручную вращать достаточно тяжелый магнит, но все же способен вырабатывать электрический ток.
Вблизи полюсов постоянного магнита были укреплены неподвижно две проволочные катушки индуктивности.
Дополнительно электрогенератор Пикси был оснащен выпрямителем для преобразования переменного тока в постоянный.

В последующие годы различные ученые, стремясь повысить электрическую мощность своих генераторов, увеличивали количество магнитов и окружающих их катушек.
В 1833 году русский ученый Эмилий Ленц предположил, что электрические машины могут быть обратимыми, то есть электрический двигатель вполне эффективно может работать как генератор, надо лишь вращать его вал.
В 1838 гуду Ленц на практике доказал свою теорию на основе электрического двигателя Бориса Якоби.

В 1843 году Эмилий Штерер создал генератор, состоявший из трех подвижных постоянных магнитов и шести катушек индуктивности, вращавшихся вручную вокруг вертикальной оси. С 1851 года инженеры заменяют постоянный природный магнит на электрический. Это открыло новый этап в развитии генераторов и стало возможным создавать электрические машины значительно большей мощности. Однако обмотка электромагнита питалась все равно небольшим генератором с постоянными магнитами. Первой машиной с электромагнитом стал генератор англичанина Генри Уальда, созданный им в 1863 году.

В 1870 году бельгийский инженер-изобретатель Зеноб Грамм, работая во Франции, создал генератор, использующий принцип самовозбуждения. Ранее этот принцип был обнаружен в процессе исследования работы электрических машин. Дело в том, что сердечники электромагнитов после прекращения подачи тока сохраняют остаточный магнетизм, что позволяет генератору давать электричество сразу же после запуска его из состояния покоя. Электрическая машина Грамма состояла из кольцевого якоря, укрепленного на горизонтальном валу. Он вращался между двумя электромагнитами, обмотки которых были последовательно подключены с обмоткой якоря. Получаемый от генератора ток, отводился потребителям посредством металлических щеток, скользивших по коллектору.

Динамо-машина
Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первая динамо-машина была построена Hipp-lyte Pixii в 1832.
Динамо-машина Сименса.
Динамо-машина стала первым электрическим генератором, способным вырабатывать мощность для промышленности. Работа динамо-машины основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток.

Генераторы электрического тока
Используются и в Краматорске в:
больницах;
аэродроме;
фильтровальной станции.

2. Схемы генераторов постоянного тока делятся на две группы:

1. ГПТ с независимым возбуждением –
обмотка возбуждения питается от
отдельного источника
2. ГПТ с самовозбуждением – обмотка
возбуждения питается от обмотки
якоря.

3. К характеристикам ГПТ относят:

Характеристика холостого хода –
зависимость ЭДС от тока возбуждения
при отсутствии нагрузки Е=f(Iв), Iя=0
Внешняя характеристика – зависимость
напряжения генератора от тока якоря
при постоянном токе возбуждения
U=f(Iя), Iв=const
Регулировочная характеристика –
зависимость тока возбуждения от тока
якоря при постоянном напряжении
генератора Iв =f(Iя), U =const

4. 1, Схема генератора постоянного тока с независимым возбуждением

ОЯ – обмотка якоря
ОВ – обмотка
возбуждения
Rн
ПД – первичный
двигатель
Rн – нагрузка
ОЯ
генератора
Применяется в схемах
автоматики и двигательгенераторных агрегатах
Недостаток: - нужен
ОВ
источник питания для ОВ
ПД
Особенность – ток
возбуждения не зависит
от нагрузки

5. Характеристика холостого хода ГПТ с независимым возбуждением

Отображает магнитные
свойства магнитопровода
и является частью петли
гистерезиса
Характеристика
показывает, что с
увеличением тока
возбуждения при
отсутствии нагрузки, ЭДС
растет от некоторого
значения, потом
достигает насыщения.
Ео – остаточная ЭДС
Ен – ЭДС насыщения

6. Внешняя характеристика ГПТ с независимым возбуждением

Представляет
собой падающую
линию и позволяет
определить, в каких
пределах
изменяется
напряжение
генератора при
увеличении
нагрузки.
1 – при отсутствии
реакции якоря
2 – при наличии
размагничивающей
реакции якоря.

7. Регулировочная характеристика ГПТ с независимым возбуждением

Характеристика
показывает, что при
увеличении нагрузки,
чтобы напряжение на
выходе генератора
осталось постоянным,
нужно увеличивать
ток возбуждения.

8. 2, Схема генератора постоянного тока с параллельным возбуждением (шунтовой ГПТ)

Rн
ОЯ
ОВ
ПД
Особенность – ток
возбуждения зависит от
нагрузки
Применяется бортовые
источники питания на
кораблях и самолетах
Достоинство – не
требует
дополнительного
источника питания для
ОВ
Iя= Iн+Iв

9. Для ГПТ с параллельным возбуждением все характеристики кроме внешней имеют такой же вид

Iн – номинальный ток
Iкр – критический ток
Iкз – ток короткого
замыкания
ГПТ параллельного
возбуждения не
боится коротких
замыканий

10. 3, Схема генератора постоянного тока последовательного возбуждением (сериесный ГПТ)

11. Характеристику холостого хода и регулировочную для ГПТ последовательного возбуждения снять невозможно

12. 4,Схема генератора постоянного тока смешанного возбуждением

Особенность:магнитный поток
машины создается двумя
обмотками:
сериесной(последовательной
и шунтовой (параллельной).
Работа такой схемы зависит
от способа включения
обмоток возбуждения
Rн
СОВ
ШОВ
ПД

13. Вид внешней характеристики зависит от способа включения обмоток возбуждения

2 – встречное включение
СОВ и ШОВ, поток
последовательной
обмотки увеличивает
реакцию якоря
Применение – сварочные
генераторы
1 – согласное
включение СОВ и
ШОВ, поток
последовательной
обмотки
компенсирует
реакцию якоря
Применение – в
схемах, где нужно
постоянное
напряжение питания
при изменении
нагрузки в широких
пределах.

14. Опрос схемы ГПТ

1) сериесный
ГПТ
2) шунтовой ГПТ
3) ГПТ
независимого
возбуждения
4) ГПТ
смешанного
возбуждения
1)
характеристика
холостого хода
2) внешняя
характеристика
3)
регулировочная
характеристика

Слайд 1

Генераторы постоянного тока ГПТ независимого возбуждения ГПТ параллельного возбуждения ГПТ последовательного возбуждения ГПТ смешанного возбуждения

Слайд 2

Схемы генераторов постоянного тока делятся на две группы: 1. ГПТ с независимым возбуждением – обмотка возбуждения питается от отдельного источника 2. ГПТ с самовозбуждением – обмотка возбуждения питается от обмотки якоря.

Слайд 3

К характеристикам ГПТ относят: Характеристика холостого хода – зависимость ЭДС от тока возбуждения при отсутствии нагрузки Е=f(Iв), Iя=0 Внешняя характеристика – зависимость напряжения генератора от тока якоря при постоянном токе возбуждения U=f(Iя), Iв=const Регулировочная характеристика – зависимость тока возбуждения от тока якоря при постоянном напряжении генератора Iв =f(Iя), U =const

Слайд 4

1, Схема генератора постоянного тока с независимым возбуждением ОЯ – обмотка якоря ОВ – обмотка возбуждения ПД – первичный двигатель Rн – нагрузка генератора Применяется в схемах автоматики и двигатель-генераторных агрегатах Недостаток: - нужен источник питания для ОВ Особенность – ток возбуждения не зависит от нагрузки

Слайд 5

Характеристика холостого хода ГПТ с независимым возбуждением Отображает магнитные свойства магнитопровода и является частью петли гистерезиса Характеристика показывает, что с увеличением тока возбуждения при отсутствии нагрузки, ЭДС растет от некоторого значения, потом достигает насыщения. Ео – остаточная ЭДС Ен – ЭДС насыщения

Слайд 6

Внешняя характеристика ГПТ с независимым возбуждением Представляет собой падающую линию и позволяет определить, в каких пределах изменяется напряжение генератора при увеличении нагрузки. 1 – при отсутствии реакции якоря 2 – при наличии размагничивающей реакции якоря.

Слайд 7

Регулировочная характеристика ГПТ с независимым возбуждением Характеристика показывает, что при увеличении нагрузки, чтобы напряжение на выходе генератора осталось постоянным, нужно увеличивать ток возбуждения.

Слайд 8

2, Схема генератора постоянного тока с параллельным возбуждением (шунтовой ГПТ) Особенность – ток возбуждения зависит от нагрузки Применяется бортовые источники питания на кораблях и самолетах Достоинство – не требует дополнительного источника питания для ОВ Iя= Iн+Iв

Слайд 9

Для ГПТ с параллельным возбуждением все характеристики кроме внешней имеют такой же вид Iн – номинальный ток Iкр – критический ток Iкз – ток короткого замыкания ГПТ параллельного возбуждения не боится коротких замыканий

Слайд 10

3, Схема генератора постоянного тока последовательного возбуждением (сериесный ГПТ) Применяется редко, так как наиболее подвержен действию реакции якоря Iя = Iв=Iн

Слайд 11

Характеристику холостого хода и регулировочную для ГПТ последовательного возбуждения снять невозможно Внешняя характеристика имеет падающий вид из-за размагничивающего действия реакции якоря

Слайд 12

4,Схема генератора постоянного тока смешанного возбуждением Особенность:магнитный поток машины создается двумя обмотками: сериесной(последовательной и шунтовой (параллельной). Работа такой схемы зависит от способа включения обмоток возбуждения

Слайд 13

Вид внешней характеристики зависит от способа включения обмоток возбуждения 1 – согласное включение СОВ и ШОВ, поток последовательной обмотки компенсирует реакцию якоря Применение – в схемах, где нужно постоянное напряжение питания при изменении нагрузки в широких пределах.

Слайд 14

Опрос схемы ГПТ 1) сериесный ГПТ 2) шунтовой ГПТ 3) ГПТ независимого возбуждения 4) ГПТ смешанного возбуждения

Презентация на тему: " Электрические машины постоянного тока. -это машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор)" — Транскрипт:

1 Электрические машины постоянного тока

2 -это машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима.

3 Если приложить к проводнику, помещенному в магнитное поле движущую силу F, то он начнет перемещаться перпендикулярно силовым линиям поля. В результате этого в нем будет индуцироваться (наводиться) ЭДС Е, направление которой определяется по правилу правой руки. Величина ЭДС определяется по формуле: Е=В·V·l, где В- магнитная индукция(Тл); V- скорость перемещения проводника L-активная длина проводника. Рассмотрим закон электромагнитной индукции для генератора

4 Если к проводнику, помещенному в магнитное поле, подвести напряжение от источника постоянного тока, то по нему потечет электрический ток и в результате взаимодействия тока с магнитным полем на проводнике появится электромагнитная сила Fэм, Под действием этой силы проводник начнет перемещаться в магнитном поле и в нем будет индуцироваться ЭДС, направление которой будет противоположно приложенному к проводнику напряжению. Рассмотрим закон электромагнитной индукции для двигателя.двигателя

5 Упрощенная модель генератора постоянного тока В двух продольных пазах сердечника якоря расположена обмотка в виде одного витка, концы которого присоединены к двум медным изолированным друг от друга полукольцам, образующим простейший коллектор. На поверхность коллектора наложены щетки А и В, осуществляющие скользящий контакт с коллектором и связывающие генератор с внешней цепью, куда включена нагрузка сопротивлением R. Между полюсами N и S постоянного магнита находится вращающаяся часть машины – якорь, вал которого вращается приводным двигателем.

6 При вращении якоря в витке будет наводиться переменная ЭДС. E=B·V·l·cos a, где a - угол поворота витка относительно геометрической нейтрали (линии разделяющей зоны полюсов разной полярности) Если бы не было коллектора и щеток, то ток во внешней цепи тоже был бы переменным, но посредством коллектора он преобразуется в пульсирующий, так как в момент, когда ток в пазовых сторонах витка меняет свое направление, при переходе их из зоны полюса одной полярности в зону полюса другой полярности, происходит смена коллекторных пластин под щетками. Для получения постоянного тока во внешней цепи необходимо увеличить количество витков в обмотке якоря и равномерно распределить их по поверхности сердечника и соответственно увеличить количество коллекторных пластин. Следовательно, назначение коллектора в генераторе – преобразовывать переменную ЭДС, индуцированную в обмотке якоря, в постоянную на выводах генератора.

7 Рассмотрим принцип действия коллекторного двигателя постоянного тока на той же упрощенной модели. Если подвести к щеткам машины напряжение U от источника постоянного тока, то по обмотке якоря потечет ток I. В результате взаимодействия этого тока с магнитным полем на пазовых сторонах витка появятся электромагнитные силы Fэм, которые создадут на якоре электромагнитный момент М, под действием которого якорь начнет вращаться. Коллектор и щетки в двигателе изменяют направление тока в витке обмотки якоря при переходе его пазовых сторон из зоны полюса одной полярности в зону полюса другой полярности. Это необходимо, чтобы направление электромагнитных сил не менялось. Одновитковая модель не обеспечивает равномерного вращения. Для обеспечения устойчивого вращения якоря необходимо увеличить количество витков в обмотке якоря и равномерно распределить их по поверхности сердечника и соответственно увеличить количество коллекторных пластин.

8 Рассмотрим устройство коллекторной машины постоянного тока 1 – вал якоря; 2 – передний подшипниковый щит; 3 – коллектор; 4 – щеточный аппарат; 5 – якорь; 6 – главный полюс; 7 – катушка возбуждения; 8 – станина; 9 – задний подшипниковый щит; 10 – вентилятор; 11 – бандажи; 12 – лапы; 13 – подшипник. Машина постоянного тока состоит следующих основных частей: неподвижной части – статора; вращающейся части – якоря; двух подшипниковых щитов, на которые опирается вал якоря и щеточного аппарата.

9 Рассмотрим строение статора. Главные полюса предназначены для создания основного магнитного потока и состоят из шихтованного сердечника (2) и катушки возбуждения (3). Шихтованный сердечник необходим для ослабления вихревых токов. Нижнюю, более широкую, часть сердечника полюса называют полюсным наконечником. На машинах постоянного тока полюсные катушки делают бескаркасными – намоткой медного провода непосредственно на сердечник полюса, предварительно наложив на него изоляционную прокладку.

11 В машинах малой мощности часто применяют коллекторы на пластмассе, отличающиеся простотой в изготовлении. Набор медных и миканитовых пластин в таком коллекторе удерживается пластмассой (2), запрессованной в пространство между набором пластин (1) и стальной втулкой (4). Для увеличения прочности коллектора пластмассу (2) армируют стальными кольцами (3).

12 Сердечник якоря Сердечник якоря является частью магнитной цепи и выполняется из отдельных листов электротехнической стали. Листы покрывают изоляционным лаком, собирают в пакет и запекают. Такая конструкция сердечника позволяет значительно ослабить в нем вихревые токи, возникающие в результате его перемагничивания в процессе вращения в магнитном поле. На поверхности сердечника имеются продольные пазы, в которые укладывают обмотку якоря. Пазы закрывают клиньями из текстолита или гетинакса.

13 Обмотка якоря Обмотка якоря состоит из секций (катушек), намотанных из медного провода круглого или прямоугольного сечения, и специальным образом уложенных в пазы сердечника якоря. Пазы затем закрывают текстолитовыми или гетинаксовыми клиньями. Концы секций припаяны к петушкам коллектора. Лобовые части секций крепятся бандажами 11 к сердечнику якоря. Бандажи делают из стальной проволоки, стальных полос или стеклоленты.

14 Электрический контакт с коллектором осуществляется посредством щеток, установленных в щеткодержателях. Все щеткодержатели одной полярности соединены между собой медными шинами, подключенными к выводам машины. Количество щеточных комплектов соответствует числу главных полюсов. Щетки располагают на коллекторе по оси главных полюсов.

15 При работе МПТ в режиме х.х. ток в обмотке якоря практически отсутствует, в машине действует только магнитодвижущая сила обмотки возбуждения. Магнитное поле при этом симметрично относительно оси главных полюсов. Если машину нагрузить, то в обмотке якоря появится ток, который создаст в магнитной системе машины магнитодвижущая сила якоря Fа. Магнитное поле, созданное этой МДС, будет направлено перпендикулярно оси главных полюсов. Реакция якоря МПТ

16 При работе машины под нагрузкой в ней одновременно действуют две МДС(магнитодвижущие силы): - МДС обмотки возбуждения Fв 0, - МДС обмотки якоря Fа. Влияние МДС обмотки якоря на основное магнитное поле машины называется реакцией якоря.МДС Реакция якоря искажает м.п. машины, делая его несимметричным относительно оси полюсов. С увеличением нагрузки на машину ток в якоре растет, следовательно растет магнитное поле, создаваемое обмоткой якоря и растет влияние реакции якоря на работу машины. Реакция якоря МПТ

17 Устранение вредного влияния реакции якоря Таким образом, обеспечивается автоматичность компенсации реакции якоря при любой нагрузке. Компенсационные обмотки применяют в машинах средней и большой мощности, работающих при U>440 В и в машинах, работающих с резкими колебаниями нагрузки, так как эта обмотка усложняет и удорожает машину. а) Компенсационная обмотка Ее укладывают в пазы полюсных наконечников главных полюсов и включают последовательно с обмоткой якоря, так чтобы МДС компенсационной обмотки Fк была такой же по величине, как МДС обмотки якоря, но противоположной по направлению.МДС

18 б) Увеличение воздушного зазора Применяют для машин малой и средней мощности. Увеличение зазора между сердечниками главных полюсов и сердечником якоря ведет к необходимости увеличения МДС обмотки возбуждения за счет увеличения числа витков полюсных катушек. В результате габариты машины увеличиваются. Кроме того, этот способ только уменьшает вредное влияние реакции якоря, полностью его не компенсируя.МДС в) Применение анизотропной стали Сердечники главных полюсов делают из анизотропной электротехнической стали, которая вдоль проката обладает низким магнитным сопротивлением, а поперек проката – высоким магнитным сопротивлением. Пластины полюсов штампуют так, чтобы направление проката совпадало с осью полюсов. Это приводит к уменьшению МДС обмотки якоря Fа за счет повышенного магнитного сопротивления на пути ее действия.МДС Этот способ только ослабляет реакцию якоря, но полностью ее не устраняет.

19 Способы возбуждения машины постоянного тока Цепь возбуждения и цепь якоря по отношению к сети могут быть включены независимо одна от другой, параллельно и последовательно. В соответствии с этим различают генераторы и двигатели независимого, параллельного, последовательного, смешанного и возбуждения постоянными магнитами. В машинах независимого возбуждения цепь возбуждения включают на напряжение постороннего источника. В машинах малой мощности (до 500 Вт) поток возбуждения может создаваться постоянными магнитами.

20 В машинах параллельного возбуждения обмотку возбуждения включают параллельно цепи обмотки якоря. В этом случае обмотка возбуждения выполняется из большого числа витков тонкого провода. Ток возбуждения составляет (1…5)% от номинального тока якоря. Параллельное возбуждение

21 В машинах последовательного возбуждения обмотка возбуждения соединена с якорем последовательно, поэтому она рассчитана на полный ток якоря. Число витков катушек возбуждения невелико, их выполняют из провода большого сечения. Последовательное возбуждение

22 В машинах смешанного возбуждения на основных полюсах имеется по две катушки: одна принадлежит параллельной обмотке возбуждения, другая - последовательной. Схема возбуждения магнитного поля машины определяет особенности ее работы. Машины смешанного возбуждения

Принцип работы генератора постоянного тока. Генератор преобразует механическую энергию первичного двигателя в электрическую энергию. Принцип работы ГПТ основан на явлении электромагнитной индукции. Если посредством первичного двигателя привести якорь машины во вращение с постоянной угловой частотой w и подать постоянное напряжение в обмотку возбуждения статора, то в каждом стержне обмотки якоря будет наводиться ЭДС е1 = Bcp l v. U = Eя - RяIя = СeФвn - RяIя, Напряжение на зажимах обмотки якоря. Где rя и iя - сопротивление цепи и ток якоря. Свойства ГПТ определяются их основными характеристиками: холостого хода, внешней и регулировочной. 8.

Электромагнит

Читайте также: