Принцип работы генератора постоянного тока
![]() ![]() |
Рассмотрим принцип работы ГПТ. Поворот рамки осуществляется посторонним двигателем против часовой стрелки (рис. 24.3). В активных проводниках наводятся ЭДС с направлением, определяемым по ППР, а на к зажимам генератора нагрузки Rн появляется ток i. Согласно ПЛР, на зажимах рамки создается напряжение u = 2e. Чтобы U не изменялось, требуется взять много рамок. При подключении проводники с током будет действовать пара сил F, создающих тормозной момент Mт (момент сопротивления Мс), который направлен против вращающего момента М, в чем и проявляется правило Ленца (рис. 24.4).
При подключении к зажимам генератора нагрузки Rн появляется ток i. Согласно ПЛР, на проводники с током будет действовать пара сил F, создающих тормозной момент Mт (момент сопротивления Мс), который направлен против вращающего момента М, в чем и проявляется правило Ленца (рис. 24.4).
Электродвижущая сила якоря
На рис.24.5, а показана зона действия магнитного поля одного полюса машины, где ГН – геометрические нейтрали. Величина полюсного шага τ = πD/(2p), где D – диаметр якоря; 2р – количество полюсов машины. Распределение нормальной составляющей индукции B вдоль зазора между полюсом и якорем показано на рис.24.5,б.
![]() |
Найдем среднее значение ЭДС, индуцируемой в каждой из 2а параллельных ветвей обмотки якоря. Для простой петлевой обмотки 2а = 2р. Пусть N – общее число проводников якоря. При вращении якоря с угловой скоростью Ω ЭДС в каждом активном проводнике
ei =ú ê = Bi = Bil = Bilu,
где dS = ldx – площадь, пересекаемая проводником за время dt; l – длина проводника; dx – расстояние, проходимое проводником за время dt; dx/dt = u = ΩD/2 – линейная скорость проводника.
Каждая из параллельных ветвей обмотки якоря содержит N/2a последовательно включенных ЭДС ei. При большом числе секций обмотки якоря суммарная ЭДС каждой ветви почти неизменна:
,
где Bср = Ф/(lτ) – среднее значение магнитной индукции. Откуда
,
где См = pN/(2πa) – конструктивная константа данной машины.
В инженерной практике вместо Ω используют частоту вращения n, измеряемую числом оборотов якоря в минуту:
об/ мин.
Перейдя к частоте вращения n, получим выражение для величины ЭДС в цепи якоря
,
где Се – константа ЭДС
Сe = ≈ .
Итак, для изменения ЭДС якоря генератора необходимо изменить либо магнитный поток путем изменения тока возбуждения, либо частоту вращения двигателя, вращающего якорь генератора.
|
Реакция якоря
В режиме холостого хода ток Iя в генераторе равен нулю, поскольку цепь якоря разомкнута, а в двигателе мал, так как скорость Ω велика и противоЭДС Е почти компенсирует U. По этой причине магнитное поле якоря в режиме холостого хода практически отсутствует. Под нагрузкой по обмотке якоря проходит ток Iя, создающий собственное магнитное поле. Воздействие поля якоря на поле возбуждения называют реакцией якоря (рис.24.6).
![]() |
Рис.24.6. Магнитное поле ГПТ
На рис.24.6 показано поле генератора, якорь которого вращается по часовой стрелке. Тогда токи в проводниках под верхним N-полюсом направлены от нас, а у правого S-полюса – к нам. В результате поток в зазоре под набегающим краем наконечника (левым) ослабляется Ф – ∆Ф, а под сбегающим (правым) – усиливается Ф + ∆Ф. У двигателя – наоборот. Номинальный режим должен быть на середине колена кривой на рисунке, где F = Iw – МДС. Из-за насыщения +∆Ф гораздо меньше –∆Ф, что уменьшает и искажает результирующий поток Ф. Физическая нейтраль (ФН) у генератора получается повернутой на некоторый угол по направлению вращения, у двигателя – против. Уменьшение потока приводит у ГПТ к падению E, у ДПТ – к падению М и изменению Ω.