stator dynama vytváří budící magnetické pole

Stejnosměrné generátory → dynama
1. Princip činnosti
 stator dynama vytváří budící magnetické pole
 v tomto poli se otáčí vinutí rotoru → s jedním závitem
 v závitech rotoru se indukuje napětí změnou velikosti
magnetického toku procházejícího smyčkou, a vzniká proud
 přímo proti pólům se indukuje v pohybujících se vodičích
největší napětí z důvodu největší změny magnetického toku
procházejícího smyčkou → obr. I a III
 při pohybu vodiče smyčky ve směrech rovnoběžných se
směry indukčních čar se neindukuje žádné napětí =>
neutrální zóna → obr. II
 během otáčení se mění směr průchodu indukčních čar
smyčkou a tím i polarita indukovaného napětí na koncích
smyčky
V kotvě stejnosměrného generátoru se indukuje střídavé
napětí.
 proud z rotujících cívek může být odváděn pomocí:
a) sběracích kroužků → střídavé napětí
b) komutátoru → stejnosměrné napětí
 zajišťuje přepínání polarity – usměrnění
Komutátor stejnosměrného generátoru (dynama) působí
jako usměrňovač.
 vzniká tepající napětí
 pro zmenšení zvlnění se používá rotorů s více vzájemně
pootočenými smyčkami (resp. vícesmyčkovými, tj.
vícezávitovými vinutími pro dosažení vyššího napětí)
 každé smyčce odpovídá na komutátoru dvojice
protilehlých lamel
 lamely jsou uspořádány tak, že kartáče odebírají napětí
vždy jen z dvojice lamel odpovídající smyčce
s největším indukovaným napětím → kolmo na směr
indukčních čar a napětí z ostatních smyček jsou
nevyužita
 při sériovém propojení smyček na kotvě → žádná
indukovaná napětí nezůstanou nevyužita → sčítají se
napětí na všech smyčkách
 i přes malá indukovaná napětí v jednotlivých smyčkách
(závitech) může dynamo dávat dynamo velké napětí, má-li na
rotoru (kotvě) mnohozávitová vinutí (cívky)
 kotva (rotor) dynama má většinou bubnové provedení
s hladkým povrchem
Napětí dynama roste s rostoucími otáčkami a s rostoucím
budícím proudem.
2. Druhy stejnosměrných generátorů
a) generátory s cizím buzením:
 s budícím vinutím
 budicí vinutí není propojeno
s vinutím kotvy
 budicí vinutí je napájeno
z cizího zdroje
A1, A2 – vývody vinutí
kotvy
F1, F2 – vývody vinutí pro
cizí buzení
 s permanentními magnety
 jako cizí vinutí může být
použito permanentního
magnetu
 budicí vinutí je pak úplně
nahrazeno permanentním
magnetem
A1, A2 – vývody vinutí kotvy
 při zatížení klesá vyráběné napětí oproti napětí naprázdno
vlivem odporu vinutí kotvy
Dynamo s cizím buzením –
zatěžovací charakteristika
 při zatěžování klesá výstupní napětí dynama
 úbytek napětí je dán odporem vinutí kotvy
 na velikost výstupního napětí má vliv i budicí proud Ib
 generátor s cizím buzením se používá např. v Leonardově
skupině pro buzení rotoru stejnosměrného motoru, jehož
otáčky lze regulovat ve velkém rozsahu → stator motoru i
dynama jsou buzeny společným budičem
 budič i dynamo jsou na společném hřídeli a jsou
poháněny většinou asynchronním (trojfázovým) motorem
b) derivační generátor
 budící vinutí je připojeno paralelně k vinutí kotvy
 při rozběhu se v kotvě indukuje díky zbytkovému
magnetizmu statoru malé napětí
 při správném připojení budícího vinutí protéká nejprve
malý budící proud, který zesílí indukcí magnetického pole
a ta způsobí zvětšení indukovaného napětí → dynamo se
samo nabudí
 při obráceném připojení
budícího vinutí zeslabí
budící proud zbytkové
magnetické pole a dynamo
se nenabudí → dynamo
nedodává el. energii
 k nastavení budícího napětí
slouží většinou nastavitelný
rezistor
 při odpojení buzení → odpojení dynama z provozu, by se
mohlo v budícím statorovém vinutí indukovat velké napětí,
které by mohlo prorazit izolaci → musíme při odpojení od
vinutí rotoru zkratovat pomocným kontaktem
Derivační dynamo zatěžovací
charakteristika
 napětí dodávané derivačním dynamem klesá se zatížením
více než u dynam s cizím buzením
 malý úbytek napětí na vinutí kotvy způsobí zmenšení napětí
na budícím vinutí a následné zmenšení budícího proudu
 budicí proud Ib je možné regulovat pomocí rezistoru
 při obráceném směru otáčení musí být zachován směr
proudu v budícím vinutí, aby byl nadále v souladu s orientací
zbytkového magnetického pole
c) kompaundní generátor
 má dvě budící vinutí:
 jedno je zapojeno jako
derivační → paralelně k vinutí
kotvy
 druhé je zapojeno sériově
s vinutí kotvy
 regulace napětí probíhá stejně
jako u derivačního dynama – a to
pomocí odporu zapojeného
v paralelní větvi
 sériové budící vinutí je zapojeno tak, že s rostoucím
zatížení svým sílícím magnetickým polem posílí
magnetické pole paralelního vinutí → způsobí při
rostoucím zatížení (proudovém) nárůst svorkového napětí
 je-li sériové vinutí dimenzováno tak, že je svorkové napětí
při konstantních otáčkách nezávislé na zatížení, má
dynamo vyvážené sériovo-paralelní (kompaundní) buzení
 sériové vinutí kompenzuje pokles napětí paralelního vinutí
při nárůstu zatížení
 klesá-li se zatížením napětí → generátor je
podkompenzován
 narůstá-li se zatížením napětí → generátor je
překompenzován
 jsou to nejdůležitější stejnosměrné generátory, používají
se např. jako zdroj budícího proudu pro synchronní
trojfázové generátory
Kompaundní dynamo –
zatěžovací charakteristika
 sériové budicí vinutí kompenzuje úbytek napětí vznikající
při zatížení => výsledná zatěžovací charakteristika pak se
zatížením neklesá (výstupní napětí není závislé na zatížení)
3. Příčné pole kotvy
 hlavní póly stejnosměrného generátoru vytvářejí budící
magnetické pole, které se uzavírá přes kotvu tvořenou
svazkem rotorových plechů
Budící pole stejnosměrného
generátoru
 kartáče jsou umístěny tak, že mají při přepínání vždy kontakt
s lamelami, na které jsou současně připojeny vývody těch
dvou vinutí kotvy, která je v neutrální zóně, tedy bez rozdílu
napětí
 tím je zabráněno jiskření mezi lamelami rotujícího
komutátoru a sběrnými uhlíkovými kartáči
 výsledné pulzující napětí pak spojitý průběh
Zpětné působení kotvy
 při zatížení dynama protéká vinutím kotvy proud → cívka
kotvy vytváří magnetické pole, které v okamžiku maxima
kolmé k magnetickému poli statoru označováno jako příčné
pole kotvy
Pole kotvy stejnosměrného
generátoru
 hlavní budící pole statoru vytváří společně s příčným polem
kotvy společné pole, jehož osa je pootočena ve směru
otáčení kotvy
Výsledné pole
stejnosměrného generátoru
 toto pootočení způsobené zpětným působením kotvy
narůstá s proudovou zátěží dynama
Při zatížení dynama se pootáčí neutrální zóna ve směru
otáčení.
 pokud jsou kartáče v kontaktu s lamelami vinutí mimo
neutrální zónu (tedy pod napětím), zkratují různá napětí
mezi sousedními lamelami
 vzhledem k otáčení komutátoru pak dochází stále
k rozpojování zkratových proudů mezi lamelami a tím
k opalování kartáčů a lamel elektrickými oblouky a
jiskrami
 při stabilní hodnotě proudového zatížení dynama je možno
natočit věnec s držáky kartáčů do neutrální polohy
Kartáče stejnosměrného stroje musí být vždy v napěťově
neutrální poloze.
Pomocné póly → komutační póly
 zpětné působení kotvy je možné kompenzovat magnetickým
polem pomocného vinutí statoru
 mezi hlavní póly statoru jsou umístěny pomocné (komutační
póly
 protože je indukce příčného pole kotvy závislá na proudu
kotvy, je vinutí komutačních pólů zapojeno v sérii s vinutím
kotvy
 tím je dosaženo stavu, že i při kolísajícím proudovém zatížení
mají příčné pole kotvy i komutační pole stejně velikou a
opačnou indukci a vždy se vzájemně kompenzují →
nedochází k pootáčení neutrální zóny v magnetickém poli
statoru
Komutační póly statoru zabraňují pootočení neutrální zóny
vlivem příčného pole kotvy.
 ve statoru dynama vždy následuje na obvodu statoru ve
směru otáčení rotoru za každým hlavním pólem určité
polarity pomocný komutační pól opačné polarity → za
severním hlavním pólem následuje jižní pól vedlejší
 při přepólování kotvy pro změnu směru otáčení je nutné
s hlavním vinutím přepólovat i pomocné vinutí → spojení
mezi vinutím kotvy a vinutím pomocných pólů provedeno
uvnitř stroje mimo svorkovnici
Kompenzační vinutí
 působí kompenzačně proti přímému poli kotvy v rozsahu
pootočení mezi dvěma hlavními póly
 budící pole hlavních pólů však může být vytlačeno dále
k jedné hraně hlavního pólu což způsobí oslabení pole
v důsledku magnetického přesycení v okrajích pólových
nástavců
Generátor s komutačními
póly
 v důsledku nehomogenity pole (různých hodnot
indukčnosti) se indukují v cívkách kotvy různá napětí, což
vede k napěťovým rozdílům mezi sousedními lamelami
komutátoru
 toto lamelové napětí narůstá s deformacemi magnetického
pole s otáčkami
 lamelová napětí nad 35 V (mezilamelové rozdíly) mohou
způsobit tvoření oblouků a poškození kartáčů i lamel
Kompenzační vinutí zabraňují deformacím budícího pole
v oblasti hlavních pólů.
Konstrukce generátorů stejnosměrného napětí
a) s permanentními magnety
b) s budícím vinutím na statoru