Урок№11_24.04.2026

 Електротехніка                                            гр.3/23                           24.04.2026

Урок№11:  Генератори постійного струму. 

Генератори постійного струму застосовують тоді, коли потрібно мати самостійне джерело струму, наприклад для живлення деяких видів електромагнітів, електромагнітних муфт, електродвигунів, зварювальних установок, знаходять застосування в установках для зарядки акумуляторних батарей і агрегатах, що перетворюють змінний струм в постійний, необхідний для живлення електролізних установок і інших споживачів постійного струму; в синхронних машинах змінного струму для живлення обмотки живлення ротора; в електромашинних агрегатах, які використовуються в промисловості для широкого і плавного регулювання швидкості робочих машин, наприклад у тролейбусах, електровозах, деяких типах підйомних кранів, у пристроях автоматики.

 Будова та принцип дії генератора постійного струму Являє собою електричну машину, що перетворює механічну енергію первинного двигуна в електричну енергію постійного струму. Основними частинами генератора постійного струму є: нерухома магнітна система, що створює основне магнітне поле машини; якір, що приводиться до обертання, і в обмотці якого індукується електрорушійна сила; колектор, за допомогою якого отримують постійну напругу на клемах генератора. Конструктивні елементи показані на наведеному рисунку. Статор машини постійного струму складається зі станини і осердя. Станину виготовляють з маловуглецевої литої сталі, яка має значну магнітну проникність. Тому станина є також і магнітопроводом. Одночасно це основна деталь, що об’єднує інші деталі й складальні одиниці машини в єдине ціле. Так, до станини із середини прикріплюють болтами полюси, котрі складаються з осердя, полюсного наконечника і котушки. Розрізняють основні й додаткові полюси. Основні полюси збуджують магнітне поле; тому обмотки їх котушок називають обмотками збудження. Додаткові полюси встановлюють у машинах підвищеної потужності (понад 1 кВт) для поліпшення роботи машини; обмотку додаткових полюсів з’єднують послідовно з обмоткою ротора (якоря)

Ротор (якір) (див. рисунок) машини постійного струму складається з осердя й обмотки. Осердя якоря набирають з тонких листів електротехнічної сталі (0,35 – 0,5 мм), ізольованих один від одного лаковим покриттям або тонким папером, що зменшує втрати на вихрові струми. У пази осердя укладаються ізольовані провідники (стержні). Стержні з’єднуються між собою по торцях і утворюють замкнену обмотку якоря. В осерді якоря роблять вентиляційні канали. Щоб струм від обмотки якоря в зовнішнє коло (у генераторі) або із зовнішнього кола до обмотки якоря (у двигуні) проходив в одному й тому самому напрямі, у машині постійного струму встановлюють колектор. Набирають його з мідних пластин, ізольованих одна від одної і від вала машини міканітовими прокладками. Кожна з пластин колектора приєднується до певної точки обмотки якоря . Осердя якоря і колектор закріплюють на одному валу. Отже, колектор – це пристрій, який конструктивно об’єднаний з якорем (ротором) електричної машини і є механічним перетворювачем частоти. По ізольованих один від одного і приєднаних до витків обмотки якоря пластинах, що становлять колектор, ковзають струмоз’ємні щітки. Через ці щітки й колектор обмотка якоря приєднується до зовнішнього електричного кола. Щітки вставляють в обойми щіткотримача і притискують до колектора пружинами.

Якщо до кінців петлі провідника, всередині якої обертається постійний магніт, приєднати навантаження, то в ній потече змінний струм. Станеться це через те, що полюси магніту міняються місцями. На цьому явищі засновано принцип роботи генераторів змінного струму, які є братами-близнюками машин постійного струму.

Вся хитрість, завдяки якій отримується струм котрий не змінює напрямку, полягає в тому, щоби встигати перемикати точки приєднання навантаження з тією ж швидкістю, з якою обертається магніт. Здійснити це завдання може тільки комутатор — особливий пристрій, котрий складається з декількох струмопровідних секторів, розділених діелектричними пластинами. Він закріплюється на якорі електричної машини і обертається синхронно з ним.

Знімання електричної енергії з якоря здійснюється щітками — здебільшого підпружиненими шматочками графіту, який має високу електропровідність і низький коефіцієнт тертя ковзання. В ту мить, коли струмопровідні сектори колектора міняються місцями, індукована ЕРС стає нульовою, але змінити знак вона не встигає, оскільки щітку вже передано струмознімальному сектору, приєднаному до іншого кінця провідника.

У підсумку, на виході пристрою виходить пульсова напруга однієї величини. Щоб згладити пульсацію напруги, використовується кілька якірних обмоток. Чим їх більше, тим менше кидки напруги на виході генератора. Кількість струмознімальних секторів на колекторі завжди вдвічі більше, ніж обмоток якоря.

Знімання виробленої напруги з обмотки якоря, а не статора, є корінною відмінністю машини постійного струму від генератора змінного струму. Це ж зумовило і їх істотну ваду: втрати на тертя між щітками і колектором, іскріння та нагрівання.