Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока электрическая машина, которая преобразует механическую энергию в форме движения в электрическую энергию в форме постоянного напряжения и тока, используя принципы магнитной индукции. Выходное напряжение и ток, создаваемые конкретной конструкцией генератора постоянного тока, зависят от скорости его вала (об/мин) и подключенной к нему электрической нагрузки.

Скорость вала, необходимая для достижения любого конкретного выходного напряжения, определяется нагрузкой. Чем легче нагрузка, тем ниже скорость вращения, необходимая для достижения указанного напряжения. Генераторы постоянного тока с низким числом оборотов стали популярным выбором для использования в системах зарядки аккумуляторов ветровой и гидроэнергетики.

Типичный генератор постоянного тока для ветряной турбины

Генератор постоянного тока получает энергию движения от лопастей ветряной или водяной турбины, прикрепленных к валу ротора. Большинство генераторов переменного тока спроектированы так, чтобы работать слишком быстро, чтобы их можно было напрямую соединить с этими лопастями турбины, поэтому для увеличения скорости генераторов переменного тока используются коробки передач или системы шкивов.

Однако редукторы, повышающие скорость, представляют собой сложные механические элементы, требующие хорошего механического выравнивания и смазки для надежной работы, поэтому генераторы постоянного тока с низкой частотой вращения идеально подходят для такого типа применения.

Способ генерировать электричество постоянного тока состоит в том, чтобы вращать катушку внутри магнитного поля так, чтобы магнитные силовые линии, создаваемые магнитным полем, пересекались вращающейся катушкой. Мы знаем из школы, что магниты имеют два полюса, северный и южный, и что магнитный поток выходит из северного полюса и течет обратно к южному полюсу.

В генераторе постоянного тока мы можем создать эту магнитную цепь двумя способами.Во-первых, подача некоторой выходной мощности генераторов обратно в его собственные катушки возбуждения для создания электромагнита, которым можно точно управлять, или, во-вторых, использование постоянных магнитов для создания магнитного потока, а не тока в катушке с проводом.

Преимущество постоянных магнитов заключается в том, что не требуется подача поля, поскольку магнитное поле возбуждается постоянно, что снижает затраты, а также это означает отсутствие потерь мощности I 2 R в обмотке магнитного поля, что помогает повысить эффективность генераторов.

Магнитная теория учит нас, что напряжение индуцируется в катушке провода из-за действия генератора. Действие генератора основано на законе электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому прямоугольная катушка с N витками вращается в однородном магнитном поле. Магниты и катушки в генераторе постоянного тока сконфигурированы таким образом, что магнитный поток проходит через электрические катушки проволоки, соединяющие вместе магнитную и электрическую цепи.

Все генераторы постоянного тока состоят из двух частей: одна часть называется «Статор», так как она неподвижна, а другая часть, которая движется или вращается, называется «Ротор». Как правило, для конструкции генератора постоянного тока магнитное поле находится на статоре, а обмотка катушки, вырабатывающей энергию, находится на роторе.

Генераторы постоянного тока работают, вращая или пропуская катушки мимо магнитов (или магнитов мимо катушек), при этом вырабатываемая электрическая мощность берется непосредственно от ротора, известного обычно как «якорь» в машине постоянного тока, через угольные щетки с магнитным полем. , который контролирует мощность, снабжаемый либо постоянными магнитами, создающими то, что обычно называют Генератор постоянного тока с постоянными магнитами, или с помощью намотанных катушек, образующих электромагнит, что делает Генератор постоянного тока поля раны.

Вращающиеся катушки якоря проходят через это стационарное или статическое магнитное поле, которое, в свою очередь, генерирует электрический ток в катушках.Когда катушка якоря находится рядом с направлением магнитного потока статора, в катушке индуцируется максимальное напряжение, поскольку катушка пересекает большинство магнитных силовых линий.

По мере движения якоря его катушка теперь становится перпендикулярной магнитному потоку статора, и никакие магнитные силовые линии не пересекаются, поэтому индуцированное напряжение в этот момент равно нулю. Тогда при вращении якоря генератора в бесконечном цикле его катушки постоянно перерезают линии магнитного потока и в них индуцируется переменное постоянное напряжение. Этот процесс известен как «электромагнитная индукция».

В генераторе постоянного тока, когда якорь поворачивается на полные 360° при каждом обороте, генерируемый ток должен проходить через так называемый коммутатор, который состоит из медного кольца, разделенного на сегменты с изоляционным материалом между сегментами. Устройство угольной щетки, контактирующее с сегментами коммутатора, передает электроэнергию на выходные клеммы, как показано.

Конструкция генератора постоянного тока

Сегменты коллектора в генераторе постоянного тока заменяют сплошные контактные кольца генератора переменного тока и являются основным отличием их конструкции. Коммутатор механически переключает соединения катушки якоря с внешней цепью, создавая пульсирующее напряжение. Выходное напряжение пульсирует, потому что оно включается или выключается, но оно никогда не меняет полярность, в отличие от переменного напряжения и тока. Затем, поскольку полярность на клеммах генератора остается постоянной, выходное напряжение является постоянным.

Как и генераторы с постоянными магнитами, генераторы постоянного тока также могут иметь обмотку возбуждения для создания необходимого магнитного поля. Названия, используемые для описания этих типов генераторов постоянного тока, зависят от взаимосвязи и взаимосвязи каждой из катушек магнитного поля по отношению к якорю.

Два основных типа возбуждения обмотки возбуждения, используемые для генераторов постоянного тока, называются: самовозбуждение и раздельное возбуждение, и в зависимости от того, какая форма возбуждения используется, генератор постоянного тока классифицируется либо как «генератор с самовозбуждением», либо как «генератор с раздельным возбуждением». -возбужденный генератор».

В принципе, для генератора постоянного тока с независимым возбуждением требуется отдельный внешний источник постоянного напряжения для подачи тока возбуждения через обмотку возбуждения. В то время как в генераторе постоянного тока с самовозбуждением само генерируемое напряжение используется для возбуждения обмотки возбуждения того же генератора постоянного тока, как показано.

Классификация генератора постоянного тока

Двумя основными соединениями для машины постоянного тока с самовозбуждением являются «Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой», где обмотка возбуждения состоит из относительно большого количества витков небольшого провода с высоким сопротивлением, используемого для ограничения тока, протекающего через поле, подключенного параллельно или шунтирующего. с арматурой.

«Генератор постоянного тока с последовательной обмоткой», в котором обмотка возбуждения выполнена с относительно небольшим количеством витков обмотки из очень большого провода с очень низким сопротивлением, соединенного последовательно с якорем. Каждый тип конструкции генератора постоянного тока имеет свой набор преимуществ и недостатков, и какой из них вы используете, зависит от вашего приложения.

Для зарядки аккумуляторных батарей лучше всего подходят генератор постоянного тока с автовозбуждением или генератор постоянного тока с постоянными магнитами, поскольку их выходное напряжение остается довольно постоянным в широком диапазоне скоростей вращения.

$31.00

При зарядке батареи генератором постоянного тока скорость вращения генератора должна сначала возрасти до уровня, при котором его выходное напряжение превышает напряжение на клеммах батареи, чтобы ток протекал в батарею. Усилие, необходимое для вращения генератора (его входной крутящий момент), увеличивается, и до тех пор, пока величина требуемого входного крутящего момента может быть обеспечена лопастями первичного двигателя генератора, он будет продолжать заряжать аккумулятор.

Ток или сила тока генератора постоянного тока при любых оборотах определяется только нагрузкой подключенной батареи, а не скоростью вращения.Как только батарея становится полностью заряженной, зарядный ток прекращается, и нагрузка фактически исчезает.

Если генератор PMDC продолжает приводиться в действие лопастями, напряжение на клеммах генератора будет расти, и независимо от того, насколько высоким станет напряжение на клеммах, если к генератору не подключена нагрузка, ток не течет. Кроме того, если вы запускаете генератор постоянного тока без нагрузки, ток всегда будет равен нулю, независимо от того, насколько высока его скорость вращения.

Тогда при зарядке аккумуляторов генератором постоянного тока необходимо использовать регулятор напряжения и фиктивную резистивную нагрузку для защиты аккумулятора, либо полностью отключать генератор от аккумулятора, когда зарядный ток падает до нуля или напряжение на клеммах аккумулятора превышает номинальное значение. .

Генератор постоянного тока является одним из ключевых компонентов ветряной или гидротурбинной системы, и, как мы видели, существуют различные доступные варианты, которые различаются по своей сложности и типу выходной мощности, которую они могут обеспечить. Генераторы постоянного тока могут иметь самовозбуждение или отдельное возбуждение. Даже простой электрический генератор может быть сконструирован с использованием фиксированных постоянных магнитов для создания генератора с постоянными магнитами.

Изобретение генератора постоянного тока сделало нашу жизнь проще. Но тот факт, что якоря, щетки, коммутаторы и обмотки сложны и стоят больших денег, многие генераторы постоянного тока были заменены современными генераторами переменного тока и асинхронными машинами, которые более экономичны и потому, что напряжения и токи постоянного или постоянного тока, когда требуется, могут быть произведены электронными выпрямителями.

Чтобы узнать больше о «Генераторах постоянного тока» или получить дополнительную информацию о различных типах доступных генераторов постоянного тока, или изучить преимущества и недостатки использования генераторов постоянного тока с постоянными магнитами в составе самодельной системы генерации постоянного тока, щелкните здесь, чтобы получить свою копию одной из лучших книг по генераторам и двигателям постоянного тока прямо из Amazon сегодня.

Самые продаваемые товары, связанные с ветроэнергетикой

В продаже