Генераторы переменного тока

Наиболее важно применение магнитного потока в электрических машинах, предназначенных для превращения механической энергии в электрическую (генераторы) или электрической энергии в механическую (электродвигатели).

Все современные мощные генераторы электрического тока основаны на явлении электромагнитной индукции при движении проводников в магнитном поле. Остановимся сначала на генераторах переменного тока.

Р ис.5.разъясняет принцип получения технического переменного тока. Электродвижущая сила возникает вследствие вращения проволочной обмотки. Концы обмотки подведены к двум изолированным медным кольцам (контактные кольца), укрепленным на оси машины, и при помощи прижимных проводников из меди или графита (щетки) могут быть включены в замкнутую цепь тока без нарушения вращения обмотки.

Рис.5.

Если - угол , составленный нормалью n к плоскости витка и вектором индукции поля B , то поток сквозь виток равен

 = B S cos  = 0 cos  ,

где S- площадь витка, а Ф0- максимальное значение потока при = 0. При равномерном вращении витка с угловой скоростью  угол = t+0, и поэтому э.д.с. одного витка

 = - d  / dt = 0  sin (  t +0) =  0 sin ( t + 0 ) (3.1)

Если имеется не один, а N витков проволоки, то амплитуда э.д.с. 0 будет в N раз больше. Если Ф0 выражено в Вб, а - в рад/с, то 0 выражено в вольтах.

Из (3.1) видно, что для повышения э.д.с. необходимо увеличивать магнитный поток Ф0 , а для этого сопротивление магнитной цепи машины выгодно сделать возможно меньшим. Поэтому магнитную систему генераторов делают из двух железных сердечников: наружного кольцеобразного неподвижного сердечника и внутреннего вращающегося цилиндрического сердечника, а воздушный зазор между ними доводят до минимальных размеров. Машина имеет, как правило, две обмотки, одна из которых размещается в пазах неподвижного сердечника (статора) с внутренней его стороны, а другая расположена в пазах вращающегося сердечника( ротора). Одна обмотка используется для создания магнитного потока, а другая служит рабочей обмоткой, в которой индуцируется переменная э.д.с.

Генераторы постоянного тока

В генераторах постоянного или прямого тока переменная э.д.с., возникающая во вращающейся обмотке, выпрямляется при помощи коллектора, который представляет собой вращающейся переключатель.

Простейший генератор прямого тока изображен на рис.6. Он имеет обмотку из одного витка, а его коллектор состоит из двух медных изолированных полуцилиндров, насаженных на ось машины, к которым присоединены концы обмотки. К пластинам коллектора прижимаются две щетки, осуществляющие включение обмотки в цепь тока. Рис.7 поясняет действие коллектора. Кривая а

Р ис.6. Рис.7.

представляет напряжение между концами обмотки, которое изменяется в соответствии с (3.1) по закону синуса. Через каждую половину оборота коллектора переключает (коммутирует) концы обмотки, и поэтому на щетках получается напряжение, изображаемое кривой б . Такой простейший генератор, следовательно, дает пульсирующий ток, направление которого хотя и остается постоянным, но сила изменяется.

Так как коллектор вращается, то и рабочую обмотку, соединенную с ним, делают всегда вращающейся. Ее располагают на внутреннем железном сердечнике, насаженном на ось машины. Для получения постоянного тока без пульсаций обмотку разделяют на много секций и применяют коллекторы из многих пластин.