Werfen wir einen Blick darauf funktionsprinzip des Generators gleichstrom Machen Sie sich mit den Gestaltungsmerkmalen und dem Wirkprinzip vertraut.

Es basiert auf der Anwendung des Gesetzes der elektromagnetischen Induktion. Nach diesem Gesetz wird eine EMF in einem Leiter induziert, der sich in einem Magnetfeld bewegt und den Magnetfluss kreuzt.

Der Magnetkreis, durch den der Magnetfluss geschlossen wird, ist einer der Hauptstromkreise generatorteile gleichstrom.

Magnetisch gleichstromgeneratorschaltung  (in Abbildung 1 dargestellt) besteht aus einem festen Teil - einem Stator (1) und einem rotierenden Teil - einem Rotor (4).

Der Stator ist ein Stahlgehäuse, an dem andere Teile der Maschine angebracht sind, einschließlich Magnetpole (2). An den Magnetpolen ist eine Erregerwicklung (3) angebracht, die mit Gleichstrom betrieben wird und den Hauptmagnetfluss Ф0 erzeugt.

Vierpoliger Gleichstrommagnetkreis.

Die Bleche, aus denen der Rotormagnetkreis zusammengesetzt ist: a - mit offenen Nuten, b - mit halb geschlossenen Nuten

Der Rotor der Maschine besteht aus geprägten Stahlblechen mit Rillen am Umfang und Löchern für Welle und Belüftung. Gleichstromwicklung  in die Nuten des Rotors eingesetzt (5 in Bild 1). Diese Wicklung wird durch EMF durch den Hauptmagnetfluss induziert. Die Wicklung wird daher auch als Ankerwicklung bezeichnet dC-Generatorrotor  allgemein als Anker bezeichnet.

EMF-Wert eines Gleichstromgenerators  kann variieren, aber seine Polarität bleibt konstant. Das Funktionsprinzip des Gleichstromgenerators ist in Abbildung 3 dargestellt.

Der magnetische Fluss wird durch die Pole eines Permanentmagneten erzeugt. Angenommen, die Ankerwicklung besteht aus einer Umdrehung, bei der die Enden an verschiedenen Halbringen befestigt sind, die voneinander isoliert sind. Aus diesen Halbringen wird ein Kollektor gebildet, der sich zusammen mit der Spule der Ankerwicklung dreht. Gleichzeitig bewegen sich feste Bürsten entlang des Kollektors.

Wenn die Spule in einem Magnetfeld gedreht wird, wird darin EMF induziert: e \u003d B * l * v

• wobei B die magnetische Induktion ist, l die Länge des Leiters ist, v seine lineare Geschwindigkeit ist.

Wenn die Ebene der Spule mit der Ebene der Axiallinie der Pole übereinstimmt (die Spule ist vertikal), kreuzen die Leiter den maximalen Magnetfluss. Zu diesem Zeitpunkt wird in ihnen die maximale EMK induziert. In dem Fall, in dem die Spule eine horizontale Position einnimmt, ist die EMF in den Leitern Null.

Im Leiter wird die Richtung der EMF durch die Regel der rechten Hand bestimmt (in Abbildung 3 ist sie in Form von Pfeilen dargestellt). Wenn sich der Leiter während der Drehung der Spule zum anderen Pol bewegt, ändert sich die Richtung der darin enthaltenen EMF in die entgegengesetzte Richtung. Da sich der Kollektor jedoch mit der Spule dreht und die Bürsten stationär sind, ist immer ein Leiter an der oberen Bürste angebracht, die sich unter dem Nordpol befindet und deren EMF von der Bürste gerichtet ist. Infolgedessen bleibt die Polarität der Bürsten unverändert und bleibt daher in Richtung der EMK auf den Bürsten unverändert - e (Abbildung 4).

Der einfachste Generator  Gleichstroma.

Die zeitliche Änderung der EMF des einfachsten Gleichstromgenerators.

Trotz der Tatsache, dass EMF einfachster Gleichstromgenerator  konstant in der Richtung, in seiner Bedeutung ändert es sich. Da die EMF für eine Umdrehung der Umdrehung das 2-fache des Wertes gleich Null und das 2-fache des Maximums annimmt. Für die meisten Gleichstromempfänger ist eine EMF mit einer so großen Welligkeit ungeeignet und kann streng genommen nicht als konstant bezeichnet werden.

Um die Welligkeit zu verringern, besteht die Ankerwicklung des Gleichstromgenerators aus einer großen Anzahl von Windungen (Spulen) und der Kollektor aus einer großen Anzahl von Kollektorplatten, die voneinander isoliert sind.

Um den Prozess der Glättung von Wellen genauer zu betrachten, nehmen wir als Beispiel die Wicklung des Ringankers (Abbildung 5). Es besteht aus vier Spulen (1, 2, 3, 4) mit jeweils zwei Windungen. Der Anker bewegt sich mit einer Frequenz n im Uhrzeigersinn und EMF wird in den Ankerwicklungsleitern induziert, die sich an der Außenseite des Ankers befinden (die Bewegungsrichtung ist durch Pfeile angegeben).

Die Ankerwicklung ist ein geschlossener Kreislauf, der aus in Reihe geschalteten Windungen besteht. In diesem Fall beträgt die Wicklung des Ankers relativ zu den Bürsten zwei parallele Zweige. In 5a besteht ein paralleler Zweig aus der Spule 2, der zweite aus der Spule 4 (EMF wird in den Spulen 1 und 3 nicht induziert und sie sind an beiden Enden mit derselben Bürste verbunden). In Abbildung 5b ist der Anker in der Position dargestellt, in der er 1/8 Umdrehung benötigt. In dieser Position besteht ein paralleler Zweig der Ankerwicklung aus in Reihe geschalteten Spulen 1 und 2 und der zweite aus in Reihe geschalteten Spulen 3 und 4.

Schema des einfachsten Gleichstromgenerators mit Ringanker.

Wenn sich der Anker in Bezug auf die Bürsten dreht, hat jede Spule eine konstante Polarität.

Fig. 6a zeigt, wie sich die EMK von Spulen während der Drehung des Ankers mit der Zeit ändert. Die EMK auf den Bürsten ist gleich der EMK jedes der parallelen Zweige der Ankerwicklung.

Abbildung 5 zeigt, dass die EMF eines parallelen Zweigs entweder der Summe der EMF zweier benachbarter Spulen oder der EMF einer Spule entspricht:

Dadurch wird die Welligkeit der EMK der Ankerwicklung spürbar reduziert (Bild 6b). Wenn Sie also die Anzahl der Windungen und Kollektorplatten erhöhen, erhalten Sie eine praktisch konstante EMF der Ankerwicklung.

Zeitliche Änderung der EMF der Spulen und Wicklung des Ringankers.

§ 105. GERÄT DES DC-GENERATORS

Der feste Teil in Gleichstrommaschinen ist Induktion, dh es wird ein Magnetfeld erzeugt, und der rotierende Teil wird induziert (Anker).

Der feste Teil der Maschine (Abb. 134, a) besteht aus den Hauptpolen 1, den Zusatzpolen 2 und dem Bett 3. Der Hauptpol (Abb. 134, b) ist ein Elektromagnet, der einen Magnetfluss erzeugt. Es besteht aus einem Kern 4, einer Feldwicklung 7 und einem Polstück 8. Die Stangen sind mit einem Bolzen 5 am Rahmen 6 befestigt. Der Kern der Stange ist aus Stahl gegossen und hat einen ovalen Querschnitt. Auf dem Polkern ist eine Erregerspule markiert, die aus einem isolierten Kupferdraht gewickelt ist. Spulen aller Pole sind in Reihe geschaltet und bilden eine Erregerwicklung. Der durch die Feldwicklung fließende Strom erzeugt einen magnetischen Fluss. Das Polstück hält die Feldwicklung am Pol und sorgt für eine gleichmäßige Verteilung magnetfeld  unter der Stange. Das Polstück ist so geformt, dass der Luftspalt zwischen den Polen und dem Anker über die gesamte Länge des Polbogens gleich ist. Zusätzliche Pole haben auch einen Kern und eine Wicklung.

Zusätzliche Pole werden an Mittelpunkten zwischen den Hauptpolen installiert, und ihre Anzahl kann entweder gleich der Anzahl der Hauptpole oder halb so hoch sein. Zusätzliche Stangen sind in Hochleistungsmaschinen installiert und dienen dazu, Funkenbildung unter den Bürsten zu vermeiden. Bei Maschinen mit geringer Leistung gibt es normalerweise keine zusätzlichen Pole.

Das Bett ist aus Stahl gegossen und bildet das Grundgerüst der Maschine. Die Haupt- und Zusatzstangen sind am Bett sowie an den Endflächen der Seitenschilde mit Lagern montiert, die die Maschinenwelle halten. Mit Hilfe eines Bettes wird die Maschine auf dem Fundament montiert.

Der rotierende Teil der Maschine (Anker) (Fig. 135, a) besteht aus einem Kern 1, einer Wicklung 2 und einem Kollektor 3. Der Kern des Ankers ist ein Zylinder, der aus elektrischen Stahlblechen zusammengesetzt ist. Die Bleche sind mit Lack oder Papier voneinander isoliert, um Wirbelstromverluste zu reduzieren. Stahlbleche werden gemäß der Vorlage auf Maschinen gestempelt; Sie haben Nuten, in die die Leiter der Ankerwicklung eingelegt sind. Im Ankerkörper sind Luftkanäle vorgesehen, um die Wicklung und den Kern des Ankers zu kühlen.

Die Wicklung des Ankers besteht aus Kupfer isolierter Draht  oder aus Kupferstäben mit rechteckigem Querschnitt. Es besteht aus Abschnitten, die auf speziellen Schablonen hergestellt und in die Rillen des Kerns des Ankers gelegt werden. Der Single-Turn-Abschnitt besteht aus zwei aktiven Drähten, die miteinander verbunden sind.

Abschnitte können nicht eine, sondern viele Kurven haben. Solche Abschnitte werden als Multi-Turn bezeichnet. Die Wicklung ist sorgfältig vom Kern isoliert und in Rillen mit Holzkeilen gesichert. Frontalgelenke werden durch Stahlbandagen verstärkt. Alle vor Anker liegenden Wicklungsabschnitte sind in Reihe geschaltet und bilden einen geschlossenen Kreislauf. Die Drähte, die die beiden Abschnitte nacheinander gemäß dem Wicklungsschema verbinden, sind mit den Kollektorplatten verbunden.

Der Kollektor ist ein Zylinder, der aus einzelnen Platten besteht. Die Kollektorplatten bestehen aus hartgezogenem Kupfer und sind untereinander und vom Gehäuse mit Micanit-Abstandshaltern isoliert. Zur Montage an der Hülse sind die Sammelplatten wie ein Schwalbenschwanz geformt, der zwischen dem Vorsprung an der Hülse und der Unterlegscheibe mit einer Form eingeklemmt ist, die der Form der Platte entspricht. Die Unterlegscheibe ist mit der Hülse verschraubt.

Der Kollektor ist strukturell der komplexeste und kritischste Teil der Maschine im Betrieb. Die Oberfläche des Kollektors muss streng zylindrisch sein, um Unrundheit und Funkenbildung der Bürsten zu vermeiden.

Um die Ankerwicklung mit dem externen Stromkreis zu verbinden, werden feste Bürsten auf den Kollektor gelegt, die Graphit, Kohlenstoff-Graphit oder Bronze-Graphit sein können. In Hochspannungsmaschinen werden Graphitbürsten verwendet, die in Maschinen einen großen Übergangswiderstand zwischen Bürste und Kollektor aufweisen niederspannung  - Bronze-Graphit-Bürsten. Die Bürsten werden in spezielle Bürstenhalter eingesetzt (Abb. 135, b). Die im Halter des Bürstenhalters platzierte Bürste 4 wird von der Feder 5 auf den Kollektor gedrückt. Jeder Bürstenhalter kann mehrere Bürsten parallel geschaltet haben.

Bürstenhalter sind an Bürstenschrauben und Fingern angebracht, die wiederum an einer Traverse angebracht sind. Zur Befestigung am Bürstenfinger hat der Bürstenhalter ein Loch.

Die Bürstenfinger sind mit isolierenden Unterlegscheiben und Buchsen vom Joch isoliert. Die Anzahl der Bürstenhalter entspricht normalerweise der Anzahl der Pole.

Der Balken ist in kleinen und mittlere Leistung  oder in Hochleistungsmaschinen am Bett befestigt. Die Traverse kann gedreht werden und dadurch die Position der Bürsten relativ zu den Polen ändern.

Die Traverse wird normalerweise in einer Position installiert, in der die Position der Bürsten im Raum mit der Position der Mittelpunkte der Hauptpole übereinstimmt.

Das Funktionsprinzip des Gleichstromgenerators basiert auf dem Auftreten einer EMF in einem Rahmen, der sich in einem Magnetfeld dreht (Abb. 6-1, a). Für eine Umdrehung in jedem arbeitenden (aktiven) Teil des Rahmens ändert die EMF das Vorzeichen zweimal. Damit der Strom im externen Stromkreis nur eine Richtung (konstant) hat, wird ein Kollektor verwendet - zwei Halbringe, die mit den Enden des Rahmens verbunden sind, und der Rahmen ist über einen rotierenden Kollektor und feste Bürsten mit dem externen Stromkreis verbunden. Sobald die aktive Seite des Rahmens beginnt, die magnetischen Induktionslinien in die entgegengesetzte Richtung zu kreuzen

zuvor berührt der mit dieser Seite verbundene Kollektorhalbring die andere Bürste. Dank dieses Geräts bleibt die Richtung des Stroms im externen Stromkreis unverändert, obwohl sich sein Wert ändert (pulsiert, Abb. 6-1, b).

Der Aufbau eines industriellen Gleichstromgenerators ist in Abbildung 6-2 dargestellt. Auf der Innenfläche des Bettes aus massivem Gusseisen sind die Hauptpole 2 mit Erregerwicklungen und zusätzliche Pole mit Wicklungen starr befestigt, um die selbstinduktive EMK und die Ankerreaktion auszugleichen. In den meisten Fällen werden Elektromagnete vom Generator selbst angetrieben. Ein Anker 3 ist in dem Bett angeordnet, bei dem es sich um einen Metallzylinder handelt, der aus geprägten Platten aus Elektrostahl gezogen wird. In Längsnuten auf der Oberfläche des Ankers ist die Ankerwicklung angeordnet, die aus miteinander verbundenen Abschnitten besteht. Zum Glätten der Welligkeit EMF und Stromwicklung

wenn der Anker gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt ist, verringert sich der magnetische Widerstand zwischen den Polen aufgrund des Stahlkerns des Ankers. Die Schlussfolgerungen der Wicklungen werden an die voneinander und vom Maschinenkörper isolierten Kupferplatten des Kollektors 4 gelötet, und das Ende eines Abschnitts und der Anfang des nächsten werden an dieselbe Platte gelötet. Der Kollektor ist starr auf der Ankerwelle montiert, ein Lüfter ist ebenfalls auf derselben Welle montiert. Die Ankerwelle ist in den Lagern der Lagerschilde 5 angeordnet, die an den Seiten des Bettes angebracht sind. Zwischen dem Anker und den Statorpolen bildet sich ein leichter Luftspalt, durch den sich der Anker frei drehen kann. In Bürstenhalter eingesetzte Kohlebürsten werden auf die zylindrische Oberfläche des Kollektors 6 gelegt. Um den Widerstand zu verringern, werden die Bürsten häufig aus einer Mischung von Kohle und Kupferpulver gepresst.

Gleichstrommaschinen werden häufig multipolar gemacht (Abb. 6-3), während sich in jedem Abschnitt der Wicklung für eine Umdrehung der Wert und das Vorzeichen der EMF so oft ändern, wie Pole vorhanden sind. Der Magnetkreis einer solchen Maschine ist komplexer, während die Anzahl der Bürstenpaare gleich der Anzahl der Polpaare ist und Bürsten gleicher Polarität miteinander verbunden sind.

Die Prinzipien des Gleichstromgenerators werden genauer betrachtet.

Wenn der Anker in Form eines Rings hergestellt ist und eine Wicklung in Form eines geschlossenen Toroids darauf angeordnet ist, wird ein solcher Anker als Ring und die Wicklung als Spirale bezeichnet. Wenn sich dieser Anker in einem Magnetfeld dreht, wird in den Windungen seiner Wicklung eine EMF induziert (Abb. 6-4, a). Es stellt sich heraus, dass der EMF in den Windungen einer Wicklungshälfte ein Vorzeichen hat, in den Windungen der anderen Hälfte das Gegenteil. Wenn die Windungen gleichmäßig über die Oberfläche des Ankers verteilt sind, gibt es keinen Strom in der Wicklung, da die Wirkung der EMF beider Hälften gegenseitig kompensiert wird. Wenn zum Beispiel an den Windungen an der Außenseite die Isolierung teilweise entfernt wird und zwei feste Bürsten (a und b) von zwei gegenüberliegenden Seiten aufgebracht werden, so dass sie sich beim Drehen des Ankers jede Umdrehung berühren können, ist es leicht zu bemerken, dass die gesamte Wicklung wie in zwei Hälften geteilt ist und Wenn sich der Anker dreht, wechseln die Windungen einer Wicklungshälfte allmählich zur anderen, während die Anzahl der Windungen jeder Hälfte, die Polarität und der Wert der EMF unverändert bleiben. Wenn wir nun die Last an die Bürsten anschließen, wird im externen Stromkreis und in jeder Wicklungshälfte ein Gleichstrom hergestellt.

Für eine vollständigere Nutzung der EMF müssen die Bürstenwicklungen natürlich an den Punkten angeschlossen werden, an denen die EMF nicht induziert wird. Eine Linie, die durch zwei solche Punkte verläuft, wird als geometrischer Neutralleiter (GN) bezeichnet. Bei dieser Anordnung von Bürsten ist die Wicklung in zwei parallele Zweige unterteilt, die durch einen externen Bürstenkreis miteinander verbunden sind. Wenn die Bürsten in Bezug auf den geometrischen Neutralleiter verschoben sind, hat die EMF in dem Teil der Windungen jedes parallelen Zweigs die entgegengesetzte Polarität, und unter den Bürsten kann die Funkenbildung beginnen, da in den durch die Bürsten (Abschnitte) verkürzten Spulen die EMF ungleich Null ist.

Der Ringanker kann verbessert werden, wenn die Isolierung nicht von den Windungen der Wicklung entfernt wird, sondern Biegungen daraus gemacht werden, die mit den Kollektorplatten verbunden sind, und die Bürsten auf dem Kollektor platziert werden (Abb. 6-4, b). Wenn eine solche Maschine vier Pole hat, wird die Wicklung in vier Teile geteilt (Abb. 6-5, a). Wenn Sie dann anstelle von zwei Bürsten vier einsetzen und diese miteinander verbinden (Abb. 6-5, b), hat die Wicklung vier parallele Zweige. Es ist leicht zu erkennen, dass mit zunehmender Anzahl paralleler Verzweigungen der Laststrom entsprechend erhöht werden kann.

Der oben betrachtete ringförmige Spiralanker weist erhebliche Nachteile auf. Erstens schließt sich der Magnetfluss durch die Wand des Rings (Ankers) und umgeht den inneren Hohlraum, so dass die aktive Seite jeder Spule der Wicklung diejenige ist, die sich auf der Oberfläche befindet, und der innere Teil der Spule nicht zur Erzielung von EMF verwendet wird und nur als Verbindungsleiter dient. Dieser Umstand führt zu einem irrationalen Kupferverbrauch. Zweitens kann eine Spiralwicklung nicht gemäß dem Muster hergestellt werden, weshalb Maschinen mit einem Ringanker derzeit nicht hergestellt werden.

Die Nachteile des Ringankers werden durch Ersetzen durch eine Trommel beseitigt. Die Wicklungen des Trommelankers (Abb. 6-6) sind in speziellen Nuten auf der Oberfläche des Zylinders (Ankers) in Form von getrennten Abschnitten angeordnet, die auf bestimmte Weise mit den Kollektorplatten und miteinander verbunden sind. Ein Abschnitt ist Teil einer Wicklung zwischen zwei benachbarten Zweigen zum Kollektor. Beide Seiten jedes Abschnitts sind aktiv. Abschnitte werden gemäß der Vorlage erstellt.

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Ein Ringanker mit einer Spiralwicklung wird derzeit nicht verwendet, da er bei einer Spiralwicklung von mehr als der halben Länge nicht an der Bildung von EDE beteiligt ist, sondern nur dazu dient, aktive Leiter zu verbinden, die auf der Außenseite des Ringankers liegen.

In den Wicklungen eines relativ komplexen Trommelankers wird deutlich besseres Kupfer verwendet. Ein Trommelanker ist ein Zylinder, der aus elektrischen Stahlblechen zusammengesetzt ist, in deren Nuten nur von der Außenseite der Trommel die Leiter der Ankerwicklung sind.

Die Gleichstrommaschine ist reversibel: Wenn die Antriebsmaschine die Maschine dreht und das Magnetfeld der Maschine angeregt wird, wird EMF im Anker und durch den Kollektor und die Bürsten induziert. Die Maschine sendet Gleichstrom an den externen Stromkreis. Vor Anker erzeugt dieser Strom, der mit dem Feld der Maschine interagiert, ein Bremsmoment, das vom Primärmotor überwunden wird. Unter solchen Bedingungen arbeitet die Maschine als Generator.

Wenn der Anker und die Feldwicklung der Maschine unter enthalten sind konstante SpannungDann erzeugt der Strom, der durch die Ankerwicklung fließt und mit dem Feld der Maschine interagiert, ein Drehmoment, das bewirkt, dass sich der Anker dreht, während in der Ankerwicklung eine Gegen-EMK induziert wird. Unter solchen Bedingungen arbeitet die Maschine im Motormodus und wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um.

Generatoren werden elektrische Maschinen genannt, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln. Das Funktionsprinzip eines elektrischen Generators basiert auf der Verwendung des Phänomens elektromagnetische Induktionwelches im folgenden besteht. Wenn der Leiter im Magnetfeld des Permanentmagneten so bewegt wird, dass er den Magnetfluss kreuzt, dann der Leiter elektromotorische Kraft  (EMK), genannt Induktions-EMK (Induktion vom lateinischen Wort Induktionsführung, Motivation) oder induzierte EMK Eine elektromotorische Kraft entsteht auch, wenn der Leiter stationär bleibt und sich der Magnet bewegt. Das Phänomen der induzierten EMK in einem Leiter wird elektromagnetische Induktion genannt. Wenn der Leiter, in dem die EMK induziert wird, in einem geschlossenen enthalten stromkreisdann unter dem Einfluss der EMK Ein Strom, der als induzierter Strom bezeichnet wird, fließt durch den Stromkreis.
  Es wurde experimentell festgestellt, dass die Größe der induzierten EMK, die in einem Leiter entsteht, wenn er sich in einem Magnetfeld bewegt, mit zunehmender Induktion des Magnetfelds, der Länge des Leiters und seiner Bewegungsgeschwindigkeit zunimmt. Induzierte EMF tritt nur auf, wenn der Leiter das Magnetfeld kreuzt. Wenn sich der Leiter magnetisch bewegt stromleitungen  emf es wird darin nicht induziert. Richtung der induzierten EMK und der Strom ist am einfachsten nach der Regel der rechten Hand zu bestimmen (Abb. 1): Wenn Sie die Handfläche Ihrer rechten Hand so halten, dass die Magnetfeldlinien in sie eintreten, zeigt der gebogene Daumen die Bewegungsrichtung des Leiters an, dann zeigen die anderen ausgestreckten Finger die Wirkrichtung des induzierten e an. d.s. und die Richtung des Stroms im Leiter. Magnetische Kraftlinien sind vom Nordpol des Magneten nach Süden gerichtet.

Abb. 1. Bestimmung der Richtung der induzierten EMK nach der Regel der rechten Hand

Mit einer allgemeinen Vorstellung von elektromagnetischer Induktion betrachten wir das Funktionsprinzip eines einfachen Generators (Abb. 2). Der Leiter in Form eines Kupferdrahtrahmens ist auf einer Achse montiert und in einem Magnetfeld angeordnet. Die Enden des Rahmens sind an zwei voneinander isolierten Hälften (Halbringen) eines Rings befestigt. Kontaktplatten (Bürsten) gleiten entlang dieses Rings. Ein solcher Ring, der aus halbisolierten Ringen besteht, wird als Kollektor bezeichnet, und jeder Halbring wird als Kollektorplatte bezeichnet. Die Bürsten auf dem Kollektor sollten so positioniert sein, dass sie beim Drehen des Rahmens gleichzeitig von einem Halbring zum anderen übergehen, genau in dem Moment, in dem die auf jeder Seite des Rahmens induzierte EMK Null ist, d. H. Wenn der Rahmen passiert seine horizontale Position.

Abb. 2. Der einfachste Gleichstromgenerator

Mit Hilfe des Kollektors wird die im Rahmen induzierte variable EMK gleichgerichtet und im externen Stromkreis ein konstanter Strom erzeugt.
  Nachdem wir einen externen Stromkreis mit einem elektrischen Messgerät an die Kontaktplatten angeschlossen haben, das die Größe des induzierten Stroms festlegt, stellen wir sicher, dass es sich bei dem betrachteten Gerät tatsächlich um einen Gleichstromgenerator handelt.
  Zu jeder Zeit t emf E (Fig. 3), das auf der Arbeitsseite L des Rahmens entsteht, ist in Richtung der auf der Arbeitsseite B auftretenden EMK entgegengesetzt. Richtung der EMK Es ist einfach, auf jeder Seite des Rahmens anhand der rechten Regel zu identifizieren. Die durch den gesamten Rahmen induzierte EMK ist gleich der Summe der EMK, die auf jeder seiner Arbeitsseiten auftritt. Die Größe der EMK im Rahmen ändert sich ständig. Zu dem Zeitpunkt, an dem sich der Rahmen seiner vertikalen Position nähert, ist die Anzahl der Kraftlinien, die von den Leitern in 1 s gekreuzt werden, am größten und die maximale EMK wird im Rahmen induziert Wenn der Rahmen eine horizontale Position passiert, gleiten seine Arbeitsseiten entlang der Kraftlinien, ohne sie zu kreuzen, und der EMK nicht induziert. Während der Bewegung der Seite B des Rahmens zum Südpol des Magneten (Abb. 3, a, b) wird der darin enthaltene Strom auf uns gerichtet. Dieser Strom fließt durch einen Halbring, Bürste 2, Messgerät, zur Bürste / iv Seite A des Rahmens. Auf dieser Seite des Rahmens wird Strom von uns weg induziert. Sein größter Wert im Rahmen erreicht, wenn sich seine Seiten direkt unter den Polen befinden (Abb. 3, b).

Abb. 3. Das Betriebsschema des Gleichstromgenerators

Bei weiterer Drehung des EMK-Rahmens darin nimmt ab und wird nach einer viertel Umdrehung gleich Null (Abb. 3, c). Zu diesem Zeitpunkt bewegen sich die Bürsten von einem Halbring zum anderen. Während der ersten Hälfte der Rahmendrehung war somit jeder Kollektorhalbring nur mit einer Bürste in Kontakt. Der Strom fließt durch den externen Stromkreis in einer Richtung von der Bürste 2 zur Bürste 1. Wir werden den Rahmen weiter drehen. Die elektromotorische Kraft im Rahmen beginnt wieder zuzunehmen, da ihre Arbeitsseiten die magnetischen Kraftlinien schneiden. Die Richtung der EMK ist jedoch kehrt sich um, weil Leiter den Magnetfluss in die entgegengesetzte Richtung kreuzen. Der in Seite A des Rahmens induzierte Strom ist jetzt auf uns gerichtet. Angesichts der Tatsache, dass sich der Rahmen zusammen mit dem Kollektor dreht, kommt der mit Seite A des Rahmens verbundene Halbring nicht mit der Bürste 1 in Kontakt, sondern mit der Bürste 2 (Fig. 3, d), und der Strom fließt im externen Stromkreis in die gleiche Richtung wie in erste halbe Wendezeit. Folglich korrigiert der Kollektor den Strom, d. H. Sorgt für den Durchgang des induzierten Stroms in der externen Schaltung in eine Richtung. Am Ende des letzten Viertels einer Umdrehung (Fig. 3, e) kehrt der Rahmen in seine ursprüngliche Position zurück (siehe Fig. 3, a), wonach der gesamte Vorgang des Änderns des Stroms in der Schaltung wiederholt wird.
  Somit wirkt eine Konstante in Richtung der EMK zwischen den Bürsten 2 und 1, und der Strom entlang des externen Stromkreises fließt immer in eine Richtung - von der Bürste 2 zur Bürste 1. Obwohl dieser Strom in der Richtung konstant bleibt, variiert er in der Größe t pulsierend. Ein solcher Strom ist fast schwer zu verwenden.
  Betrachten wir, wie es möglich ist, einen Strom mit einer kleinen Welligkeit zu erhalten, d. H. Einen Strom, dessen Wert sich während des Generatorbetriebs wenig ändert. Stellen Sie sich einen Generator vor, der aus zwei senkrecht zueinander angeordneten Windungen besteht (Abb. 4). Anfang und Ende jeder Windung sind mit einem Kollektor verbunden, der nun aus vier Kollektorplatten besteht.

Abb. 4. Gleichstromgenerator mit zwei Windungen

Wenn sich diese Windungen in einem Magnetfeld drehen, entsteht in ihnen eine EMK. Die EMK induzierte jedoch in jeder Umdrehung Erreichen ihrer Null- und Maximalwerte nicht gleichzeitig, sondern später nacheinander für eine Zeit, die einer Umdrehung der Umdrehungen um eine viertel Umdrehung entspricht, d. h. um 90 °. In der in Fig. 4 gezeigten Position tritt in Spule 1 die maximale EMK gleich Emax auf. In Runde 2 e. d.s. es wird nicht induziert, da seine Arbeitsseiten entlang der magnetischen Kraftlinien gleiten, ohne sie zu kreuzen. Die Werte der EMK aus den Windungen sind in Fig. 5 gezeigt. Wenn sich die Windungen drehen, nimmt die EMK von Kurve 1 ab. Wenn die Umdrehungen um 1/8 Umdrehung gedreht werden, wird die EMK Runde 1 wird gleich Emin. In diesem Moment gehen die Bürsten zu dem zweiten Paar von Kollektorplatten über, die mit Kurve 2 verbunden sind. Kurve 2 hat bereits 1/8 einer Kurve gedreht, kreuzt die magnetischen Kraftlinien und es wird eine EMK induziert, die dem gleichen Wert von Emax entspricht. Mit einer weiteren Drehung der EMK Runde 2 erhöht sich auf den größten Wert Emah. Somit sind die Bürsten immer mit den Spulen verbunden, in denen eine EMK von Emin nach Emax induziert wird.

Abb. 5. Welligkeitskurven der elektromotorischen Kraft eines Generators mit zwei Windungen

Der Strom im externen Stromkreis des Generators entsteht durch die Wirkung der Gesamt-EMK Daher fließt es kontinuierlich und nur in eine Richtung. Der Strom wird nach wie vor pulsieren, aber die Welligkeit ist viel geringer als bei einer Umdrehung, da die EMK Generator wird nicht auf Null reduziert.
  Durch Erhöhen der Anzahl von Leitern (Windungen) des Generators und dementsprechend der Anzahl von Kollektorplatten ist es möglich, Stromwelligkeiten sehr klein zu machen, d. H. Der Strom in seiner Größe wird nahezu konstant. Zum Beispiel bereits bei 20 Kollektorplatten die Schwingungen der EMK Generator wird 1% des Durchschnittswertes nicht überschreiten. Im externen Stromkreis erhalten wir einen Strom, dessen Größe praktisch konstant ist.
  Es ist jedoch leicht zu erkennen, dass der in 4 gezeigte Generator einen sehr signifikanten Nachteil aufweist. Zu jedem bestimmten Zeitpunkt ist der externe Stromkreis über Bürsten mit nur einer Umdrehung des Generators verbunden. Die zweite Runde zur gleichen Zeit wird komplett nicht genutzt. Die in einer Umdrehung induzierte elektromotorische Kraft ist sehr gering, und daher ist die Generatorleistung gering.
Für den Dauereinsatz aller Windungen sind sie in Reihe geschaltet. Zum gleichen Zweck wird die Anzahl der Kollektorplatten auf die Anzahl der Windungen der Wicklung reduziert. Das Ende einer und der Beginn der nächsten Wicklung sind mit jeder Kollektorplatte verbunden. Die Windungen sind in diesem Fall in Reihe geschaltete Quellen. elektrischer Strom  und bilden die Wicklung des Generatorankers. Jetzt ist die elektromotorische Kraft des Generators gleich der Summe der EMK, die in den zwischen den Bürsten verbundenen Windungen induziert wird. Neben der seriellen gibt es noch andere Schemata zum Verbinden von Wicklungen. Die Anzahl der Windungen wird groß genug genommen, um die erforderliche Größe der EMK zu erhalten. Generator. Daher werden die Kollektoren dieselelektrischer Maschinen mit einer großen Anzahl von Platten erhalten.
  Aufgrund der großen Anzahl von Windungen der Wicklung ist es somit möglich, nicht nur die Welligkeit von Spannung und Strom auszugleichen, sondern auch den Wert der vom Generator induzierten EMK zu erhöhen.
  Oben wurde ein elektrischer Generator betrachtet, der aus Permanentmagneten und einer oder mehreren Windungen besteht, in denen Strom erzeugt wird. Für praktische Zwecke sind solche Generatoren ungeeignet, da es unmöglich ist, mehr Leistung von ihnen zu erhalten. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass der vom Permanentmagneten erzeugte Magnetfluss sehr klein ist. Zusätzlich erzeugt der Raum zwischen den Polen einen signifikanten Widerstand für den Magnetfluss. Der magnetische Fluss wird weiter geschwächt. Daher werden in leistungsstarken Generatoren, zu denen Diesellokomotiven gehören, Elektromagnete verwendet, die einen starken magnetischen Anregungsfluss erzeugen (Abb. 6). Um den magnetischen Widerstand des Generatormagnetkreises zu verringern, sind die Wicklungen auf einem Stahlzylinder angeordnet, der fast den gesamten Raum zwischen den Polen ausfüllt.
  Dieser Zylinder mit einer Wicklung und einem Kollektor wird als Generatoranker bezeichnet.

Abb. 6. Generatorschaltung mit elektromagnetischem Erregersystem und massivem Stahlanker

Die Erregerwicklung des Generators befindet sich an den Kernen der Hauptpole. Wenn Strom durch ihn fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt, das als Feld der Hauptpole bezeichnet wird. Wenn der externe Generatorkreis offen ist, befinden sich magnetische Kraftlinien an den Polen und am Anker der symmetrischen vertikalen Achse (Abb. 7, a). Die Merkmale der Arbeit verstehen elektrische Maschine  Wir führen die Konzepte der geometrischen und physikalischen Neutralen ein.
Geometrischer Neutralleiter ist eine Linie, die durch die Mitte des Ankers senkrecht zur Achse der entgegengesetzten Pole gezogen wird (horizontale Linie 01-01). Der physikalische Neutralleiter ist eine bedingte Linie, die die Einflusszonen des Nord- und Südpols auf die Ankerwicklung teilt und senkrecht zur Richtung des Magnetflusses der elektrischen Maschine verläuft.
  In dem Leiter der Wicklung, der, wenn sich der Anker dreht, durch den physikalischen Neutralleiter geht, wird die EMK Es wird nicht induziert, da ein solcher Leiter entlang Magnetfeldlinien gleitet, ohne diese zu kreuzen. In Abwesenheit von Strom im Anker (siehe Fig. 7, a) fällt der physikalische Neutralleiter n-n mit dem geometrischen Neutralleiter zusammen.

Abb. 7. Die Reaktion des Ankers.
  a - magnetischer Fluss der Hauptpole; b - magnetischer Fluss, der von der Ankerwicklung erzeugt wird; in - der gesamte magnetische Fluss des geladenen Generators

Wenn der externe Stromkreis der elektrischen Maschine geschlossen ist, fließt auch Strom durch die Ankerwicklung. Der gesamte Anker ist in diesem Fall ein starker Elektromagnet, der aus einem Stahlkern und einer Wicklung besteht, durch die Strom fließt. Daher gibt es im geladenen Generator zusätzlich zum Polfluss einen zweiten Magnetfluss, den Fluss des Ankers (Abb. 7, b). Der magnetische Fluss des Ankers ist senkrecht zum Fluss der Hauptpole gerichtet. Beide Magnetflüsse überlagern sich und bilden das in Fig. 7, c gezeigte Gesamtfeld oder resultierende Feld. Die Richtung des Magnetfeldes des Generators infolge der Wirkung des Ankerfeldes wird in Drehrichtung des Ankers verschoben. Der physikalische Neutralleiter verschiebt sich ebenfalls in die gleiche Richtung, die in diesem Fall die Position n1-n1 einnimmt.
  Der Einfluss des Magnetfeldes des Ankers auf das Polfeld wird als Reaktion des Ankers bezeichnet. Die Reaktion des Ankers wirkt sich negativ auf den Betrieb des Generators aus. Pinsel MM elektrisch  Maschinen müssen immer in Richtung der physischen Neutralität installiert werden. Daher ist es notwendig, die Generatorbürsten in Bezug auf den geometrischen Neutralleiter um einen bestimmten Winkel P zu verschieben (Fig. 7, c), da sonst starke Funkenbildung zwischen den Bürsten und dem Kollektor auftritt. Funkenbildung verursacht ein Verbrennen der Oberfläche des Kollektors und der Bürsten und zerstört diese. Je größer der Strom des Ankers ist, desto stärker ist die Reaktion des Ankers, desto größer ist die Notwendigkeit, die Bürsten zu bewegen. Bei häufigen Änderungen der Last des Dieselgenerators müsste die Position seiner Bürsten fast kontinuierlich geändert werden.
  Die Reaktion des Ankers verschiebt nicht nur das Magnetfeld der Hauptpole, sondern schwächt es auch teilweise ab, was zu einer Abnahme des vom Generator induzierten e führt. d.s.
Um die Reaktion des Ankers in den Generatoren zwischen den Hauptpolen zu schwächen, werden zusätzliche Pole installiert, und manchmal wird zum gleichen Zweck eine Ausgleichswicklung in die Polspitzen der Hauptpole gelegt. Zusätzliche Pole erzeugen ein zusätzliches Magnetfeld, das in den Installationsbereichen der Bürsten auf das Ankerfeld gerichtet ist, wodurch dessen Wirkung neutralisiert wird (Abb. 8).

Abb. 8. Generatorschaltung mit zusätzlichen Polen

Dies schränkt jedoch die positive Wirkung zusätzlicher Pole auf den Betrieb des Generators nicht ein. Nach dem Durchlaufen des Generator-Neutralleiters kehrt sich die Stromrichtung in jeder Spule der Wicklung (siehe Abb. 7) sehr schnell um. Im Leerlauf wird die Drehung durch Bürsten kurzgeschlossen. Eine solche Schleife nennt man Pendeln (Kommutierung vom lateinischen Wort commutatio - change, change). In den Schaltwindungen (Abschnitten) der Ankerwicklung tritt aufgrund einer sehr schnellen Änderung der Stromrichtung eine ziemlich große EMK auf Selbstinduktion und gegenseitige Induktion, die als reaktive EMK bezeichnet wird Diese EMK in Schaltabschnitten wird es durch die Wirkung des Magnetflusses des Ankers verstärkt, den sie kreuzen. Die Wirkung der reaktiven EMK führt zu starken Funkenbildung der Bürsten. Zusätzliche Pole werden so berechnet, dass ihr Magnetfluss geringfügig größer ist als der Magnetfluss des Ankers. Aufgrund dessen wird in den Schaltabschnitten eine zusätzliche EMK induziert Neue EMK hat eine Richtung, die der reaktiven EMK entgegengesetzt ist, und löscht sie, wodurch ein intensives Funkenbildung verhindert wird.
  Das Magnetfeld des Ankers ändert sich mit einer Änderung der Last (des Stroms) des Generators. Um ihn zu neutralisieren, ist es daher erforderlich, das Feld der Kompensationsvorrichtungen zu ändern. Die Wicklung der Hilfspole ist in Reihe mit der Wicklung des Ankers geschaltet, und der gesamte Ankerstrom fließt durch sie. Mit zunehmendem Generatorstrom steigt der Magnetfluss des Ankers, gleichzeitig aber auch der Magnetfluss der ihn kompensierenden Hilfspole.
  Die Kompensationswicklung kann die Verteilung des Magnetflusses in einer elektrischen Maschine weiter verbessern. Aus Fig. 7 ist leicht ersichtlich, dass infolge der Reaktion des Ankers der magnetische Fluss der Hauptpole ungleichmäßig wird - auf der einen Seite des Pols verstärkt er sich und auf der anderen schwächt er sich ab. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Belastung der Ankerwicklung, ein Teil der Windungen wird überlastet, die Arbeitsbedingungen der Bürsten verschlechtern sich.
Durch eine an den Hauptpolen angeordnete Kompensationswicklung wird eine Verzerrung des Magnetflusses direkt unter den Hauptpolen beseitigt. Die gleichzeitige Verwendung zusätzlicher Pole und einer Ausgleichswicklung erschwert jedoch die Konstruktion elektrischer Maschinen erheblich. Wenn es möglich ist, die elektrische Maschine mit zusätzlichen Polen zufriedenstellend zu betreiben, versuchen Sie, die Ausgleichswicklung nicht zu verwenden. Ausgleichswicklungen gefunden praktische Anwendung  nur in leistungsstarken Elektroautos.

Die folgenden Abbildungen zeigen den G-21-Generator bei 12 V, 0,22 kW, 1450 bis 7000 U / min.