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 I b 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 I b 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