1. Генератор з трьома обмотками збудження
2. Генератори з розщепленими полюсами
3. Генератори поперечного поля
4. електромашинні динамометри
5. Генератори уніполярних імпульсів
6. уніполярні генератори

У багатьох випадках до машин постійного струму пред'являються такі вимоги, яким машини нормальної конструкції не задовольняють. Це призвело до створення ряду спеціальних типів машин постійного струму. В даній статті коротко розглядаються деякі типи подібних машин, які набули поширення на практиці або мають перспективи такого поширення.

Генератор з трьома обмотками збудження

У ряді випадків потрібне, щоб зовнішня характеристика генератора мала вигляд, зображений на малюнку 1, а. При характеристиці цього виду в широкому діапазоні зміни напруги U струм I змінюється мало і близький до струму короткого замикання I к. Така круто падаюча зовнішня характеристика бажана, наприклад, в разі електричної дугового зварювання, так як при цьому струм в дузі мало залежить від її довжини і коротке замикання (зіткнення електрода з зварюваних виробом) безпечно. Генератори з такою характеристикою доцільно використовувати також для харчування за схемою Г - Д електродвигуна механізму, що працює на упор, наприклад екскаватора. В цьому випадку при застряванні і зупинці механізму ток і момент двигуна будуть обмежені, в результаті чого виключається можливість пошкодження механізму або машини.

Характеристику види малюнка 1, а можна отримати в генераторі з трьома обмотками збудження: 1) незалежної, 2) паралельної і 3) послідовною (рисунок 1, б), що намагнічує сила якої, спрямована назустріч силі, що намагнічує F 1 + F 2 перших двох обмоток. Такі генератори запропоновані інженером Ц. Кремером у 1909 році.

Генератори з трьома обмотками збудження в даний час застосовуються в потужних екскаваторах з електричним приводом, на тепловозах для харчування тягових двигунів, а також в ряді інших випадків.

Генератори з розщепленими полюсами

Генератори з розщепленими полюсами також мають круто падаючу зовнішню характеристику. На малюнку 2 зображено зварювальний двополюсний генератор, в якому кожен з полюсів N і S розщеплений на дві частини: з сердечниками нормального і зменшеного перетину. Машина має дві обмотки збудження, одна з яких розташована на широких сердечниках, а інша - на вузьких. Вузькі сердечники насичені сильно, а широкі - слабо.

Якір генератора (малюнок 2) можна розбити на чотири сектори. Сектор аг і бв створюють силу, що намагнічує реакції якоря , Яка спрямована по осі широких сердечників полюсів і розмагнічує їх (дивіться малюнок 2, де штрихові лінії зображують магнітні лінії потоку реакції якоря). Оскільки ці сердечники слабо насичені, то їх потік зі збільшенням Ia значно зменшується, а при великих значеннях Ia навіть змінює напрямок. Сектори аб і гв створюють силу, що намагнічує реакції якоря, яка спрямована по осі вузьких сердечників і намагнічує їх. Однак внаслідок сильного насичення цих сердечників потік в них залишається майже незмінним. В результаті сумарний потік сердечників полюсів N - N і сердечників полюсів S - S зі збільшенням Ia швидко зменшується, в той же час різко падає також напруга машини U, що знімається з головних щіток а й в.

Напруга між головною щіткою в і допоміжною, або "третій", щіткою б залишається практично постійним, так як индуктируется потоком вузьких полюсних сердечників, і використовується для живлення обмоток збудження. Струм обмоток широких сердечників регулюється опором R в, і при різних положеннях реостата виходять зовнішні характеристики, показані на малюнку 3.

В СРСР з розщепленими полюсами виготовлялися зварювальні генератори ПС з U н = 35 В (напруга холостого ходу до 80 В) і на струм до 500 А. Генератори мали також додаткові полюси , Розташовані між сердечниками головних полюсів N і S.

Генератори поперечного поля

Такі генератори вперше були запропоновані німецьким інженером Е. Розенбергом (1904 рік). В даний час вони застосовуються головним чином для живлення електрообладнання пасажирських вагонів залізниць і працюють паралельно з акумуляторною батареєю. Ці генератори приводяться в рух від осі вагона і в широкому діапазоні зміни n дають U = const.

Пристрій двополюсного генератора поперечного поля схематично показано на малюнку 4. Крім щіток 1 - 1, розташованих на геометричної нейтрали полюсів, машина має також щітки 2 - 2, зрушені від перших на 90 °. Щітки 1 - 1 замкнуті накоротко, а щітки 2 - 2, з'єднуються з вивідними зажимами.

Потік порушення полюсів Фв индуктирует електрорушійну силу E 1 в ланцюзі короткозамкнутих щіток 1 - 1, але не індукує електрорушійну силу в ланцюзі щіток 2 - 2. Струм

I 1 = E 1 / R a

створює поперечний потік реакції якоря Ф1, що замикається через широкі наконечники полюсів. Цей потік індукує в ланцюзі щіток 2 - 2 електрорушійну силу E 2, яка викликає в ланцюзі навантаження струм I 2. Одночасно струм I 2 створює силу, що намагнічує реакції якоря F 2, спрямовану по поздовжній осі полюсів і зменшує потік збудження. Така дія F 2 і обумовлює отримання U ≈ const при зміні n. На якорі (рисунок 4) в зовнішньому кільці показані напрямки струму I 1, а у внутрішньому - напрямки струму I 2. У провідниках одних секторів якоря існують струми I 1 + I 2, а в провідниках інших секторів - струми I 1 - I 2.

Залежності I 1, I 2 і U 2 від n зображені на малюнку 5. Генератор збуджується від акумуляторної батареї і з n = 0 до n = n 1 працює на холостому ходу (I 2 = 0). При цьому I 1 і U 2 = E 2 ростуть пропорційно n. При n = n 1 напруга U 2 = E 2 порівнюється з напругою акумуляторної батареї і автомат включає генератор на паралельну роботу з батареєю. З подальшим збільшенням E 2 при n> n 1 виникає струм навантаження I 2 і сила, що намагнічує реакції якоря F 2. Під дією цієї сили, що намагнічує Фв починає зменшуватися, внаслідок чого зменшуються також E 1, I 1 і Ф1. Однак електрорушійна сила E 2 = ce × Ф1 × n на щітках 2 - 2, а також напруга U 2 = E 2 - Ra × I 2 продовжують кілька зростати. Починаючи з деякої швидкості, U 2 і I 2 залишаються майже незмінними.

Радянський інженер Л. Рашковский запропонував поміщати на полюсах генератора поперечного поля послідовну обмотку збудження, яка включається в ланцюг струму I 2 і компенсує основну частину сили, що намагнічує реакції якоря від цього струму. така компенсаційна обмотка дозволяє полегшити обмотку збудження і зменшити її потужність, а також поліпшити характеристики генератора.

Як неважко помітити, полярність генератора не залежить від напрямку обертання, що в разі паралельної роботи з батареєю є цінною властивістю генератора.

Вогняна генератори розглянутого типу будуються на напругу U 2 = 50 В і на потужність до P = 5 кВт. Однак останнім часом замість таких генераторів застосовують генератори змінного струму з напівпровідниковими випрямлячами, перевага яких полягає у відсутності колектора.

електромашинні динамометри

Електромашинні динамометри (менш вдалі назви - балансирні машини або пендель-машини) служать для вимірювання крутного моменту двигунів внутрішнього згоряння, а також електричних і інших машин при їх випробуванні. Електромашинний динамометр має дві пари підшипників, на які спираються якір і індуктор (рисунок 6). Індуктор може тому вільно повертатися в межах деякого кута, обмеженого нерухомими упорами. Машина може працювати як генератором, так і двигуном. При цьому на індуктор передаються ті ж моменти обертання, які діють на якір (електромагнітний момент, момент від механічних і магнітних втрат). Момент, діючий на індуктор і рівний моменту, що діє на якір, вимірюється за допомогою прикріпленого до індуктора важеля і спеціальних ваг або гир. Таким чином, визначається момент, діючий на вал динамометра. При цьому виникає лише невелика похибка, викликана тертям в одній парі підшипників і силами, які відповідають частині втрат на вентиляцію. Цю похибку можна врахувати окремо.

Малюнок 6. Електромашинний динамометр
1 - якір; 2 - полюси; 3 - ярмо індуктора; 4 - підшипникові щити; 5 - підшипники "індуктор - підшипникові стояки"; 7 - підшипникові стояки

В СРСР будувалися електромашинні динамометри постійного струму серії МПБ потужністю до 8000 кВт. Електромашинні динамометри можна також виготовити на базі будь-якого типу машини змінного струму.

Генератори уніполярних імпульсів

Генератори уніполярних імпульсів застосовуються для електроерозійної обробки металів і виробляють струм у вигляді короткочасних швидко чергуються імпульсів однакового спрямування. Отримання такого струму досягається шляхом використання полюсів з вузькими полюсними наконечниками і обмотки якоря особливого пристрою.

уніполярні генератори

Уніполярні генератори дозволяють отримувати великий постійний струм (до 500 кА) при низькій напрузі (1 - 50 В).

Пристрій однією з конструктивних різновидів такого генератора показано на малюнку 7. Масивний сталевий ротор 1 обертається в магнітному полі, яке створюється нерухомими кільцевими котушками обмотки збудження 2. Робочий потік Ф в центральній, активної частини машини має по всьому колу однакову полярність, звідки і походить назва машини. Обмоткою ротора є саме масивне тіло ротора. Електрорушійна сила E = B × l × v, індукована в центральній, активної частини ротора при його обертанні в магнітному полі, так само має по всьому колу однаковий напрямок. Струм з ротора знімається за допомогою нерухомих щіток 3.

Малюнок 7. Уніполярний генератор

У уніполярних генераторах виникають труднощі відводу струму. При великих токах площа щіткового контакту і число щіток дуже великі. Щітковий апарат виходить громіздким, і в щітковому контакті виникають великі механічні та електричні втрати потужності.

В недалекому минулому в зв'язку з розвитком спеціальних областей техніки інтерес до уніполярним генераторам був високим. При цьому відведення струму з ротора здійснювали за допомогою рідких металів (ртуть, натрій, сплав натрію і калію). У зв'язку з цим говорять про "жидкометаллических" щітках. Побудовано уніполярні генератори потужністю до 1000 кВт.

Джерело: Вольдек А. І., "Електричні машини. Підручник для технічних навчальних закладів" - 3-е видання, перероблене - Ленінград: Енергія, 1978 - 832с.