Geradores DC

O princípio de funcionamento do gerador DC

O gerador é baseado no uso de a lei da indução eletromagnética, segundo a qual em um condutor movendo-se em um campo magnético e atravessando o fluxo magnético, é induzido por ef.

Uma das partes principais de uma máquina DC é o circuito magnético através do qual o fluxo magnético é fechado. O circuito magnético de uma máquina DC (Fig. 1) consiste em uma parte estacionária - estator 1 e uma parte rotativa - rotor 4. O estator é uma caixa de aço à qual outras partes da máquina estão conectadas, incluindo os pólos magnéticos 2. Em os pólos magnéticos 3, uma bobina de excitação é colocada, alimentada por corrente contínua e criando o fluxo magnético principal Ф0.

Arroz. 1. Circuito magnético de uma máquina CC de quatro pólos

Arroz. 2. Folhas das quais o circuito magnético do rotor é montado: a — com canais abertos, b — com canais semifechados

O rotor da máquina é montado em chapas de aço estampadas com ranhuras circunferenciais e furos para o eixo e ventilação (Fig. 2). Nos canais (5 na Fig. 1) do rotor é colocado o enrolamento de trabalho da máquina DC, ou seja, o enrolamento no qual o em é induzido pelo fluxo magnético principal. etc. comEsse enrolamento é chamado de enrolamento de armadura (portanto, o rotor de uma máquina CC é geralmente chamado de armadura).

O significado de e. etc. c. O gerador DC pode ser comutado, mas sua polaridade permanece constante. O princípio de funcionamento do gerador DC é mostrado na fig. 3.

Os pólos de um imã permanente criam um fluxo magnético. Imagine que o enrolamento da armadura consiste em uma volta, cujas extremidades estão presas a diferentes meios-anéis, isolados um do outro. Essas meias argolas formar um colecionador, que gira com a volta do enrolamento da armadura. Ao mesmo tempo, as escovas estacionárias deslizam ao longo do coletor.

Quando a bobina gira em um campo magnético, uma fem é induzida nela

onde B é a indução magnética, l é o comprimento do fio, v é sua velocidade linear.

Quando o plano da bobina coincide com o plano da linha central dos pólos (a bobina está localizada verticalmente), os fios atravessam o fluxo magnético máximo e o valor máximo de e é induzido neles. etc. c. Quando o contorno é horizontal, por ex. etc. v. nos fios é zero.

A direção de e., etc. p no condutor é determinado pela regra da mão direita (na Fig. 3 é mostrado pelas setas). Quando durante a rotação da bobina o fio passa sob o outro pólo, a direção de e. etc. v. ele é convertido. Mas como o coletor gira com a bobina e as escovas são estacionárias, um fio localizado abaixo do pólo norte está sempre conectado à escova superior, por exemplo etc. v. que é direcionado para longe do pincel. Como resultado, a polaridade das escovas permanece inalterada e, portanto, permanece inalterada na direção e. etc. em escovas — por exemplo SCH (Figo. 4).

Arroz. 3. O gerador DC mais simples

Arroz. 4. Mudança no tempo da força eletromotriz.o gerador DC mais simples

Embora e. etc. c. O gerador de corrente contínua mais simples é constante na direção, seu valor muda, girando duas vezes o máximo e o dobro dos valores zero em uma revolução. Uma CC com uma ondulação tão grande não é adequada para a maioria dos receptores CC e, no sentido estrito da palavra, não pode ser chamada de constante.

Para reduzir a ondulação, o enrolamento da armadura do gerador CC é feito de um grande número de voltas (bobinas) e o coletor é feito de um grande número de placas coletoras isoladas umas das outras.

Vamos considerar o processo de suavização de ondas, usando o exemplo de um enrolamento de armadura redonda (Fig. 5), composto por quatro enrolamentos (1, 2, 3, 4), duas voltas em cada. A armadura gira no sentido horário com uma frequência n e e é induzida nos fios do enrolamento da armadura localizados na parte externa da armadura. etc. (a direção é indicada por setas).

O enrolamento da armadura é um circuito fechado que consiste em espiras conectadas em série. Mas em termos de escovas, o enrolamento da armadura é de dois ramos paralelos. Na fig. 5, e um ramo paralelo consiste na bobina 2, o segundo consiste na bobina 4 (nas bobinas 1 e 3, o EMF não é induzido e eles são conectados em ambas as extremidades a uma escova). Na fig. 5b, a âncora é mostrada na posição que ela assume após 1/8 de volta. Nesta posição, um enrolamento de armadura paralelo consiste nas bobinas 1 e 2 conectadas em série e o segundo nas bobinas 3 e 4 conectadas em série.

Arroz. 5. Esquema do gerador DC mais simples com uma armadura em anel

Cada bobina, quando a armadura gira em relação às escovas, tem uma polaridade constante. Mudança de endereço, etc C. enrolamentos em tempo com a rotação da armadura é mostrado na fig. 6, a. D. d.C. em pincéis é igual a e. etc. v. cada ramo paralelo do enrolamento da armadura. Figo. 5 mostra que e. etc. c. ramo paralelo é igual a ou e. etc. C. uma bobina ou a quantidade e. etc. c. dois enrolamentos adjacentes:

Como resultado desta pulsação de e. etc. c. os enrolamentos da armadura são significativamente reduzidos (Fig. 6, b). Aumentando o número de voltas e placas coletoras, pode-se obter uma radiação quase constante. etc. v. enrolamentos da armadura.

Projeto do Gerador DC

No processo de progresso técnico em engenharia elétrica, o projeto das máquinas DC muda, embora os detalhes básicos permaneçam os mesmos.

Considere um dispositivo de um dos tipos de máquinas DC produzidas pela indústria. Como afirmado, as partes principais da máquina são o estator e a armadura. O estator 6 (Fig. 7), feito em forma de cilindro de aço, serve tanto para fixar outras peças quanto para proteger contra danos mecânicos e é uma parte estacionária do circuito magnético.

Os pólos magnéticos 4 estão ligados ao estator, que pode ser imãs permanentes (para máquinas de baixa potência) ou eletroímãs. Neste último caso, uma bobina de excitação 5 é colocada nos pólos, alimentada com corrente contínua e criando um fluxo magnético estacionário em relação ao estator.

Com um grande número de pólos, seus enrolamentos são conectados em paralelo ou em série, mas de forma que os pólos norte e sul se alternem (veja a Fig. 1). Pólos adicionais com seus próprios enrolamentos estão localizados entre os pólos principais. As tampas de extremidade 7 são fixadas ao estator (Fig. 7).

A armadura 3 da máquina DC é montada em chapa de aço (ver Fig. 2) para reduzir as perdas de energia por correntes parasitas. As folhas são isoladas umas das outras.A armadura é uma parte móvel (rotativa) do circuito magnético da máquina. A bobina de armadura ou bobina de trabalho 9 é colocada nos canais de armadura.

Arroz. 6. Variação de tempo do EMF dos enrolamentos e do enrolamento da armadura do anel

Atualmente, as máquinas são fabricadas com enrolamento do tipo armadura e tambor. O enrolamento de armadura em anel considerado anteriormente tem a desvantagem de e. etc. c. é induzida apenas em condutores localizados na superfície externa da armadura. Portanto, apenas metade dos fios estão ativos. No enrolamento da armadura do tambor, todos os fios estão ativos, ou seja, para criar o mesmo e. como com uma máquina de armadura de anel, quase metade do material condutor é necessário.

Os condutores do enrolamento da armadura, localizados nas ranhuras, são interligados pelas partes frontais das voltas. Cada slot geralmente contém vários fios. Os condutores de um slot são conectados aos condutores do outro slot para formar uma conexão em série chamada bobina ou seção.As seções são conectadas em série e formam um circuito fechado. A sequência de ligação deve ser tal que e. etc. v. em fios incluídos em um ramo paralelo tinham a mesma direção.

Na fig. 8 mostra o enrolamento de armadura de tambor mais simples de uma máquina de dois polos. As linhas sólidas mostram a conexão das seções entre si no lado do coletor e as linhas tracejadas mostram as conexões das extremidades dos fios no lado oposto. As tiras são feitas a partir dos pontos de conexão das seções às placas coletoras. A direção de e., etc. p. nos fios da bobina é mostrado na figura: «+» — direção do leitor, «•» — direção para o leitor.

O enrolamento dessa armadura também possui dois ramos paralelos: o primeiro formado pelos fios dos slots 1, 6, 3, 8, o segundo - pelos fios dos slots 4, 7, 2, 5. Quando a armadura gira , a combinação dos slots cujos fios formam um ramal paralelo, muda o tempo todo, mas sempre o ramal paralelo é formado pelos fios dos quatro canais, que ocupam uma posição constante no espaço.

Arroz. 7. O arranjo da máquina DC de armadura tipo tambor

Arroz. 8. O enrolamento mais simples

As máquinas produzidas pelas fábricas possuem dezenas ou centenas de ranhuras ao longo da circunferência da armadura do tambor e o número de placas coletoras igual ao número de seções do enrolamento da armadura.

O coletor 1 (ver Fig. 7) consiste em placas de cobre, isoladas umas das outras, que são conectadas aos pontos de conexão das seções do enrolamento da armadura e servem para converter a variável e. etc. v. nos fios do enrolamento da armadura em constante e. etc. c. nas escovas 2 do gerador ou conversão da corrente contínua fornecida às escovas do motor da rede em corrente alternada nos fios do enrolamento da armadura do motor. O coletor gira com a armadura.

Quando a armadura gira, escovas fixas 2 deslizam ao longo do coletor.As escovas são de grafite e cobre-grafite. Eles são montados em porta-escovas que podem ser girados em um determinado ângulo. Um impulsor 8 para ventilação é conectado à âncora.

Classificação e parâmetros de geradores DC

A classificação dos geradores DC é baseada no tipo de fonte de energia da bobina de excitação. Distinguir:

1.geradores auto-excitados, cuja bobina de excitação é alimentada por uma fonte externa (bateria ou outra fonte de corrente contínua). Em geradores de baixa potência (dezenas de watts), o fluxo magnético principal pode ser criado por ímãs permanentes,

2. Geradores auto-excitados, cuja bobina de excitação é alimentada pelo próprio gerador. De acordo com o esquema de ligação dos enrolamentos de armadura e de excitação em relação ao circuito externo, existem: geradores de excitação em paralelo, nos quais o enrolamento de excitação é conectado em paralelo com o enrolamento da armadura (geradores shunt), geradores de excitação em série, nos quais estes os enrolamentos são conectados em série (geradores em série), geradores com excitação mista, nos quais um enrolamento de excitação é conectado em paralelo com o enrolamento da armadura e o segundo em série (geradores combinados).

O modo nominal do gerador DC é determinado pela potência nominal - a potência que o gerador fornece ao receptor, a tensão nominal nos terminais do enrolamento da armadura, a corrente nominal da armadura, a corrente de excitação, a frequência nominal de rotação da armadura. Esses valores geralmente são indicados no passaporte do gerador.