Générateurs CC

Le principe de fonctionnement du générateur de courant continu

Le générateur est basé sur l'utilisation de la loi de l'induction électromagnétique, selon laquelle dans un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique et traversant le flux magnétique, est induit par ef.

L'une des parties principales d'une machine à courant continu est le circuit magnétique à travers lequel le flux magnétique est fermé. Le circuit magnétique d'une machine à courant continu (Fig. 1) se compose d'une partie fixe - stator 1 et d'une partie rotative - rotor 4. Le stator est un boîtier en acier auquel d'autres parties de la machine sont fixées, y compris les pôles magnétiques 2. Sur aux pôles magnétiques 3, une bobine excitatrice est placée, alimentée en courant continu et créant le flux magnétique principal Ф0.

Riz. 1. Circuit magnétique d'une machine à courant continu à quatre pôles

Riz. 2. Feuilles à partir desquelles le circuit magnétique du rotor est assemblé: a - avec des canaux ouverts, b - avec des canaux semi-fermés

Le rotor de la machine est assemblé à partir de tôles d'acier embouties avec des rainures circonférentielles et des trous pour l'arbre et la ventilation (Fig. 2). Dans les canaux (5 sur la Fig. 1) du rotor est posé l'enroulement de travail de la machine à courant continu, c'est-à-dire l'enroulement dans lequel em est induit par le flux magnétique principal. etc. avecCet enroulement est appelé un enroulement d'induit (d'où le rotor d'une machine à courant continu est généralement appelé une armature).

La signification de e. etc. c. Le générateur CC peut être commuté mais sa polarité reste constante. Le principe de fonctionnement du générateur de courant continu est illustré à la fig. 3.

Les pôles d'un aimant permanent créent un flux magnétique. Imaginez que l'enroulement d'induit soit constitué d'une spire dont les extrémités sont attachées à différents demi-anneaux, isolés les uns des autres. Ces demi-anneaux former un collectionneur, qui tourne avec le tour de l'enroulement d'induit. En même temps, les brosses fixes glissent le long du collecteur.

Lorsque la bobine tourne dans un champ magnétique, une force électromotrice y est induite

où B est l'induction magnétique, l est la longueur du fil, v est sa vitesse linéaire.

Lorsque le plan de la bobine coïncide avec le plan de l'axe des pôles (la bobine est située verticalement), les fils traversent le flux magnétique maximal et la valeur maximale de e y est induite. etc. c. Lorsque le contour est horizontal, par ex. etc. v. dans les fils est égal à zéro.

La direction de e., etc. p dans le conducteur est déterminé par la règle de la main droite (sur la Fig. 3 est représenté par des flèches). Lorsque pendant la rotation de la bobine le fil passe sous l'autre pôle, la direction de e. etc. v. il est converti. Mais comme le collecteur tourne avec la bobine et que les balais sont fixes, un fil situé sous le pôle nord est toujours connecté au balai supérieur, par ex. etc. v. qui est dirigé loin de la brosse. De ce fait, la polarité des balais reste inchangée et reste donc inchangée dans la direction e. etc. sur les brosses — egSCH (Fig. 4).

Riz. 3. Le générateur DC le plus simple

Riz. 4. Changement de temps de la force électromotrice.le générateur DC le plus simple

Bien que e. etc. c) Le générateur de courant continu le plus simple a une direction constante, sa valeur change, tournant deux fois le maximum et deux fois les valeurs nulles en un tour. Un CC avec une ondulation aussi importante ne convient pas à la plupart des récepteurs CC et, au sens strict du terme, ne peut pas être qualifié de constant.

Pour réduire l'ondulation, l'enroulement d'induit du générateur à courant continu est constitué d'un grand nombre de spires (bobines) et le collecteur est constitué d'un grand nombre de plaques collectrices isolées les unes des autres.

Considérons le processus de lissage des ondes, en utilisant l'exemple d'un enroulement d'induit rond (Fig. 5), composé de quatre enroulements (1, 2, 3, 4), de deux tours chacun. L'armature tourne dans le sens des aiguilles d'une montre avec une fréquence n et e est induite dans les fils d'enroulement d'armature situés à l'extérieur de l'armature. etc. (le sens est indiqué par des flèches).

L'enroulement d'induit est un circuit fermé composé de spires connectées en série. Mais en termes de balais, le bobinage d'induit est à deux branches parallèles. En figue. 5, et une branche parallèle est constituée de la bobine 2, la seconde est constituée de la bobine 4 (dans les bobines 1 et 3, la FEM n'est pas induite et elles sont connectées aux deux extrémités à une brosse). En figue. 5b, l'ancre est représentée dans la position qu'elle prend après 1/8 de tour. Dans cette position, un enroulement d'induit parallèle est constitué de bobines connectées en série 1 et 2, et le second de bobines connectées en série 3 et 4.

Riz. 5. Schéma du générateur CC le plus simple avec une armature annulaire

Chaque bobine, lorsque l'induit tourne par rapport aux balais, a une polarité constante. Changement d'adresse, etc... c.les enroulements dans le temps avec la rotation de l'armature sont illustrés à la fig. 6, un. D.d.C. sur les pinceaux est égal à e. etc. v. chaque branche parallèle de l'enroulement d'induit. Figue. 5 montre que e. etc. c. branche parallèle est égal à ou e. etc. C. une bobine ou la quantité e. etc. C. deux enroulements adjacents :

À la suite de cette pulsation de e. etc. c les enroulements d'induit sont considérablement réduits (Fig. 6, b). En augmentant le nombre de spires et de plaques collectrices, un rayonnement quasi constant peut être obtenu. etc. v. enroulements d'induit.

Conception de générateur CC

Au cours du progrès technique en génie électrique, la conception des machines à courant continu change, bien que les détails de base restent les mêmes.

Considérons un appareil de l'un des types de machines à courant continu produites par l'industrie. Comme indiqué, les pièces principales de la machine sont le stator et l'induit. Le stator 6 (Fig. 7), réalisé sous la forme d'un cylindre en acier, sert à la fois à fixer d'autres pièces et à protéger contre les dommages mécaniques et constitue une partie fixe du circuit magnétique.

Des pôles magnétiques 4 sont fixés au stator, qui peut être aimants permanents (pour les machines de faible puissance) ou des électroaimants. Dans ce dernier cas, une bobine excitatrice 5 est placée sur les pôles, alimentée en courant continu et créant un flux magnétique stationnaire par rapport au stator.

Avec un grand nombre de pôles, leurs enroulements sont connectés en parallèle ou en série, mais de manière à ce que les pôles nord et sud alternent (voir Fig. 1). Des pôles supplémentaires avec leurs propres enroulements sont situés entre les pôles principaux. Les flasques 7 sont fixés au stator (Fig. 7).

L'induit 3 de la machine à courant continu est assemblé en tôle d'acier (voir Fig. 2) pour réduire les pertes de puissance dues aux courants de Foucault. Les feuilles sont isolées les unes des autres.L'induit est une partie mobile (rotative) du circuit magnétique de la machine. La bobine d'induit ou bobine de travail 9 est placée dans les canaux d'induit.

Riz. 6. Variation temporelle de la FEM des enroulements et de l'enroulement de l'armature annulaire

Les machines sont actuellement fabriquées avec un enroulement de type induit et tambour. L'enroulement à armature annulaire précédemment considéré présente l'inconvénient que e. etc. C. n'est induit que dans les conducteurs situés sur la surface extérieure de l'armature. Par conséquent, seulement la moitié des fils sont actifs. Dans l'enroulement d'induit du tambour, tous les fils sont actifs, c'est-à-dire pour créer le même e. comme avec une machine à armature annulaire, près de la moitié du matériau conducteur est nécessaire.

Les conducteurs de l'enroulement d'induit, situés dans les rainures, sont reliés entre eux par les parties avant des spires. Chaque emplacement contient généralement plusieurs fils. Les conducteurs d'une fente sont connectés aux conducteurs de l'autre fente pour former une connexion en série appelée bobine ou section.Les sections sont connectées en série et forment un circuit fermé. La séquence de liaison doit être telle que e. etc. v. dans les fils inclus dans une branche parallèle avaient la même direction.

En figue. 8 montre l'enroulement d'induit à tambour le plus simple d'une machine bipolaire. Les lignes pleines montrent la connexion des sections les unes aux autres du côté du collecteur, et les lignes pointillées montrent les connexions d'extrémité des fils du côté opposé. Des bandes sont réalisées à partir des points de connexion des sections aux plaques collectrices. La direction de e., etc. p. dans les fils de la bobine est indiqué sur la figure : « + » — direction depuis le lecteur, « • » — direction vers le lecteur.

L'enroulement d'une telle armature a également deux branches parallèles: la première formée par les fils des fentes 1, 6, 3, 8, la seconde - par les fils des fentes 4, 7, 2, 5. Lorsque l'armature tourne , la combinaison des fentes dont les fils forment une branche parallèle, change tout le temps, mais toujours la branche parallèle est formée par les fils des quatre canaux, qui occupent une position constante dans l'espace.

Riz. 7. La disposition de la machine à courant continu à armature de type tambour

Riz. 8. L'enroulement le plus simple

Les machines produites par les usines ont des dizaines ou des centaines de rainures le long de la circonférence de l'armature du tambour et le nombre de plaques collectrices égal au nombre de sections de l'enroulement de l'armature.

Le collecteur 1 (voir Fig. 7) est constitué de plaques de cuivre, isolées les unes des autres, qui sont reliées aux points de connexion des sections de l'enroulement d'induit et servent à convertir la variable e. etc. v. dans les fils de l'enroulement d'induit en constante e. etc. c) sur les balais 2 du générateur ou conversion du courant continu fourni aux balais du moteur depuis le réseau en courant alternatif dans les fils de l'enroulement d'induit du moteur. Le collecteur tourne avec l'armature.

Lors de la rotation de l'induit, des balais fixes 2 coulissent le long du collecteur, les balais sont en graphite et en cuivre-graphite. Ils sont montés dans des porte-balais qui peuvent être tournés selon un certain angle. Une hélice 8 de ventilation est reliée à l'ancre.

Classification et paramètres des générateurs de courant continu

La classification des générateurs de courant continu est basée sur le type de source d'alimentation de la bobine d'excitation. Distinguer:

1.générateurs auto-excités dont la bobine d'excitation est alimentée par une source externe (batterie ou autre source de courant continu). Dans les générateurs de faible puissance (dizaines de watts), le flux magnétique principal peut être créé par des aimants permanents,

2. Générateurs auto-excités, dont la bobine d'excitation est alimentée par le générateur lui-même. Selon le schéma de connexion des enroulements d'induit et d'excitation par rapport au circuit externe, il existe: des générateurs d'excitation parallèles, dans lesquels l'enroulement d'excitation est connecté en parallèle avec l'enroulement d'induit (générateurs shunt), des générateurs d'excitation en série, dans lesquels ces les enroulements sont connectés en série (générateurs en série), générateurs à excitation mixte, dans lesquels un enroulement d'excitation est connecté en parallèle avec l'enroulement d'induit et le second en série (générateurs combinés).

Le mode nominal du générateur CC est déterminé par la puissance nominale - la puissance que le générateur donne au récepteur, la tension nominale aux bornes de l'enroulement d'induit, le courant nominal de l'induit, le courant d'excitation, la fréquence nominale de rotation de l'induit. Ces valeurs sont généralement indiquées dans le passeport du générateur.