Устройство и принцип работы простейшего генератора мотоцикла
Мотоцикл М-72 на выставке исторической военной техники. Автор фото Stolbovsky, CC BY-SA 3.0, через Викисклад.
Один из простейших генераторов — это генератор переменного тока с вращающимся постоянным магнитом и неподвижной обмоткой, в которой индуктируется электрический ток.
Такой простейший генератор (рис. 1) состоит из железного сердечника 2 П-образной формы, на котором намотана обмотка 3, и магнита 1, который вращается между полюсными башмаками (наконечниками).
Рис. 1. Получение переменного электрического тока путем вращения магнита: 1 — магнит; 2 — сердечник; 3 — проводник (обмотка).
Для того чтобы полнее представить работу такого генератора, рассмотрим различные положения магнита.
В положении, «а» полюсы магнита простейшего генератора находятся у полюсных башмаков, и магнитные силовые линии направляются по пути меньшего сопротивления от северного полюса через сердечник к южному. В это время в сердечнике образуется магнитный поток.
При положении «б» в простейшем генераторе путь для силовых линий значительно сокращается, и они проходят только через полюсы. В этом случае магнитный поток в сердечнике исчезает.
При повороте магнита в положение «в» простейшем генераторе происходит то же, что и при положении «а», с той разницей, что изменяется место полюсов, а в связи с этим изменяется и направление силовых линий в сердечнике на обратное.
Вследствие того, что магнитные силовые линии, проходя через сердечник простейшего генератора то в одном, то в другом направлении, пересекают витки обмотки, в последней индуктируется переменный электрический ток.
Нетрудно представить, что если вместо сердечника в простейшем генераторе будет неподвижный магнит такой же формы, а вместо магнита будет вращаться виток из проводника (рис. 2), то произойдет то же самое.
Рис. 2. Получение переменного электрического тока путем вращения проводника: 1 — магнит; 2 — виток проводника; 3 — контактные кольца; 4 — щетки.
По первому принципу работает маховичный генератор переменного тока на мотоцикле К1Б (К-1Б) «Киевлянин», а также приборы различных конструкций для зажигания, называемые магнето.
Однако переменный ток не может быть использован непосредственно для зарядки аккумулятора. Для этой цели приходится ставить выпрямитель или применять генератор постоянного тока.
Для того, чтобы генератор, построенный по схеме рис. 2, вырабатывал постоянный ток, он снабжается приспособлением — коллектором, состоящим из отдельных изолированных друг от друга пластин. Коллектор находится на якоре и вращается вместе с ним.
В схеме, изображенной на рис. 3, когда вращается всего 1 виток, коллектор генератора состоит из двух медных полуколец, отделенных друг от друга, к которым присоединяются концы витка. Для собирания тока с коллектора генератора служат две пластинки, называемые щетками, которые прижаты к пластинам коллектора. Около каждой щетки коллектора находится половина витка, в которой ток направлен в одном направлении, следовательно, и в цепи ток по направлению будет постоянным.
Рис. 3. Выпрямление переменного электрического тока при помощи коллектора.
Однако наличие постоянного магнита представляет для генератора серьезные неудобства, поэтому в большинстве конструкций генераторов применяются электромагниты, которые питаются током, вырабатываемым в самом генераторе.
Схема такого генератора постоянного тока с самовозбуждением изображена на рис. 4.
Рис. 4. Схема генератора постоянного тока с самовозбуждением: 1 — обмотка якоря (виток); 2 — коллектор; 8 — щетки; 4 — полюсные башмаки с обмотками возбуждения.
На полюсах корпуса намотана обмотка, концы которой присоединены к щеткам параллельно с внешней нагрузкой (потребителем электрического тока).
Для того чтобы генератор с самовозбуждением мог начать вырабатывать электрический ток, необходимо наличие между полюсами магнитных силовых линий.
При изготовлении корпус генератора намагничивают от постороннего источника постоянного тока, после чего в нем сохраняется часть магнитных свойств (остаточный магнетизм).
Когда двигатель мотоцикла начнет работать, а якорь генератора вращаться, обмотка якоря (на рис. 4 изображен один виток) пересекает силовые линии, и в ней появляется электрический ток. Этот ток, попав в обмотку возбуждения, усиливает магнитное поле между полюсами, вследствие чего увеличится ток в обмотке якоря. Так будет продолжаться до тех пор, пока генератор не разовьет полного напряжения.
Генераторы постоянного тока, у которых обмотка возбуждения включена параллельно внешней нагрузке, называются генераторами с параллельным — шунтовым возбуждением. По этому принципу работают все генераторы советских мотоциклов, кроме генератора мотоцикла К1Б (К-1Б) «Киевлянин».
Корпус — статор генератора — цилиндрической формы, изготовляется из мягкой стали. Внутри к нему крепится одна или несколько полюсных катушек с сердечниками и башмаками.
Якорь генератора состоит из вала, сердечника и обмоток. Сердечник якоря изготовляется из мягкой стали, причем он состоит не из целого куска, а из отдельных пластин, изолированных друг от друга. Такое устройство необходимо для того, чтобы ослабить действие паразитных электрических токов (так называемых вихревых токов), которые возбуждаются путем индукции в самом якоре при вращении между полюсами. В целом куске металла эти токи достигают значительной величины и нагревают его, в отдельных же тонких пластинках якоря действие их значительно слабее.
В сердечнике якоря генератора сделаны продольные пазы, в которые укладываются обмотки.
На одном из концов вала якоря находится коллектор, который состоит из медных пластин, установленных на втулке. Пластины коллектора изолированы друг от друга и от втулки.
Щетки для собирания тока с коллектора генератора изготовлены из графита с примесью меди. Они установлены в щеткодержателях и посредством пружин прижимаются к коллектору.
