Как сделать генератор постоянного тока своими руками

Для преобразования различных типов энергии в электрическую, используются специальные устройства. Одним из наиболее простых механизмов является генератор постоянного тока, который можно купить в любом магазине электротоваров или собрать своими руками.

Характеристики

Генератор постоянного тока – это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую для дальнейшего использования во внешнем контуре. Источником механической энергии в таком случае может служить любое механическое усилие: вращение специальной ручки, подключение двигателя к прибору. Нужно отметить, что подавляющая часть квартир и домов в черте любого города снабжается при помощи именно таких генераторов, только промышленного типа.

генератор постоянного тока
Фото — генератор постоянного тока

Электрический генератор тока может действовать полностью противоположно. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется посредством электродвигателя. Многие моторы оснащаются ручным (механическим) приводом, которые при правильном подключении могут преобразовать энергию и сети в обратном направлении.

Принцип работы и устройство

Генератор постоянного тока состоит из двух основных частей – это статор и ротор. Прочие детали:

  1. Корпус: внешняя рама генератора. Зачастую изготовлен из чугуна или стали. Корпус обеспечивает механическую прочность для всей конструкции генератора (или электродвигателя). Он также передает магнитный поток, создаваемый полюсами;
  2. Магнитные полюсы. Соединяются с корпусом при помощи винтов или болтов, на них размещается обмотка;
  3. Статор, остов или ярмо изготавливается из ферромагнитных сплавов, на эту деталь устанавливается катушка возбуждения. Сердечники оснащены полюсами, которые помогают определить направление потока заряженных частиц. Именно магнитные наконечники образовывают магнитное поле, необходимое для работы устройства;
  4. Ротор: якорь генератора. Сердечник собирается из отдельных стальных пластин, это помогает увеличить КПД генератора и уменьшить образование вихревых токов. При установке пластин образуются впадины, в которые наматывается обмотка якоря или обмотка самовозбуждения;
  5. Коммутатор и щетки. Щетки изготавливаются из графита, при этом их в генераторе как минимум две. Узнать число щеток можно при помощи подсчета полюсов – этот показатель идентичен.
конструкция якоря постоянного генератора
Фото — конструкция якоря постоянного генератора

Для соединения выводов контура используются коллекторные пластины, их производятся из меди, которая известна, как отличный проводник электрических сигналов.

Принцип действия генератора постоянного тока базируется на формуле:

e = B*l*v

Согласно ему, когда проводник движется в магнитном поле (что позволяет сократить магнитные силовые линии), ЭДС индукции динамически производится в проводнике. Величина генерируемого ЭДС может быть задана при помощи уравнения генератора постоянного тока .

Одной из основных функций устройства для преобразования переменного тока является генерирование ЭДС в постоянный ток. Направление генерируемого ЭДС будет меняться через каждый проводник, через который энергия проходит при вращении ротора. При помощи коммутатора, на выходе генератора образуется постоянный поток заряженных частиц. Выходной сигнал при этом имеет вот такой вид:

выходной сигнал генератора постоянного тока
Фото — выходной сигнал генератора постоянного тока

Типы

Существуют такие типы генераторов постоянного тока: с самовозбуждением и работающие по принципу независимого включения (схема ниже). Способы возбуждения зависят от типа питания устройства. Самовозбуждающийся электрогенератор работает от наружных источников, это может быть аккумуляторная батарея или ветрогенератор. Также внешняя система возбуждения часто реализовывается на магнитах (в основном на устройствах с низкой мощностью, до нескольких десятков ватт).

схема генератора с независимым включением
Фото — схема генератора с независимым включением

Возбуждение независимого генератора производится за счет питания от обмотки прибора. Эти устройства также делятся на виды:

  1. Шунтовые или параллельного возбуждения;
  2. Последовательные.

Первые отличаются параллельным включением обмотки якоря с обмоткой возбуждения, вторые, соответственно, последовательным подключением этих деталей.

Якорная реакция

Это довольно частое явление в режиме холостого хода генератора. Оно характеризуется наложением результирующих магнитных полей статором и ротором, что снижает напряжение и уменьшает магнитное поле. Вследствие, падает электродвижущая сила устройства, наблюдаются перебои в работе, синхронный генератор даже может перегреться или загореться из-за искр, которые появляются от неправильного трения щеток.

полюсы генератора
Фото — полюсы генератора

При этой неисправности можно сделать следующее:

  1. Компенсировать магнитное поле при помощи дополнительных полюсов. Это поможет справиться с падением этой характеристики в отдельных точках схемы;
  2. Часто ремонт осуществляется простым сдвигом коллекторных щеток.

Видео: как работает двигатель постоянного тока без щеток

Назначение

В отличие от генераторов переменного тока, устройства с постоянным типом электроэнергии нуждаются в источнике бесперебойного питания, постоянно направляющего ток DC в обмотку якоря. Из-за этого область применения таких приборов довольно узкоспециализированная, в данный момент они мало где используются.

принцип работы генератора
Фото — принцип работы генератора

Часто их используют для питания электрического транспорта в городах. Также генераторы постоянного тока применяют для работы электрического автомобиля, мотоцикла или как судовые возбудители или сварочные инверторы. Они применяются как тихоходные двигатели для ветряков.

Генератор дизельный постоянного тока может использоваться как электродвигатель для мощных промышленных машин (тяговый трактор, комбайн и прочие) и тахогенератор. При этом для управления трактора требуется мощный агрегат, у которого технические характеристики не уступают показателям 300 – 400 кВт. При этом дизель может заменить также газ.

устройство автомобильного генератора
Фото — устройство автомобильного генератора

Генератор постоянного тока имеет следующие характеристики (расчет производится при n=const):

  1. Холостой ход Е=f(iв)
  2. Формула для последовательного возбуждения U=f(I)
  3. Параллельное возбуждение U=f(I)

Исследование показывает, что характеристики можно рассчитать и исходя из n=0.

Стандартные показатели Вы можете найти в паспорте прибора, причем они часто отклоняются на несколько процентов (возможная погрешность также указывается в инструкции к генератору). Самодельные генераторы могут иметь отличные характеристики от представленных, подобрать необходимые данные можно при помощи справочников. Проверить их можно методом измерения имеющихся параметров, есть разные способы, зависящие от типа генератора.

Достоинства генератора постоянного тока:

  1. В отличие от прибора переменного типа, не теряет энергию на гистерезисе, а также на вихревых токах;
  2. Может работать в экстремальных условиях;
  3. Имеет относительно легкий вес и небольшую конструкцию;

У такого устройства есть и недостатки. Главным является необходимость во внешнем источнике питания. Но иногда данная особенность используется как регулятор электрической машины.

Купить генераторы постоянного тока можно в интернет-магазинах, на импортных сайтах, а также на заводах и рынках. Продажа также производится с рук, но не рекомендуем использовать бывшие в употреблении электрические приборы. Стоимость зависит от назначения и мощности прибора. Цена на 4ГПЭМ варьируется в пределах 30 000 рублей, а ПМ-45 – 60 000. При покупке должна быть произведена презентация работы.


Похожие материалы:


Отзывы и комментарии

Вы можете оставить отзывы и комментарии к записи: "Как сделать генератор постоянного тока своими руками"