Čo je to DC generátor: Konštrukcia a jeho fungovanie

Čo je to DC generátor: Konštrukcia a jeho fungovanie

Počiatočné elektromagnetické generátor (Faradayov disk) vynašiel britský vedec, konkrétne Michael Faraday, v roku 1831. A Jednosmerný generátor je elektrické zariadenie používané na generovanie elektrická energia . Hlavnou funkciou tohto zariadenia je zmena mechanickej energie na elektrickú. Existuje niekoľko typov zdrojov mechanickej energie, ako sú ručné kľuky, spaľovacie motory, vodné turbíny, plynové a parné turbíny. Generátor dodáva energiu všetkým elektrické rozvodné siete . Reverznú funkciu generátora je možné vykonať pomocou elektromotora. Hlavnou funkciou motora je premena elektrickej energie na mechanickú. Motory, rovnako ako generátory, majú podobné vlastnosti. Tento článok pojednáva o prehľade generátorov jednosmerného prúdu.

Čo je to DC generátor?

DC generátor alebo generátor jednosmerného prúdu je jeden druh elektrického stroja a hlavnou funkciou tohto stroja je prevádzať mechanickú energiu na jednosmerný prúd (jednosmerný prúd). Proces zmeny energie využíva princíp energeticky indukovanej elektromotorickej sily. The schéma jednosmerného generátora je zobrazený nižšie.




DC generátor

DC generátor



Keď rezne vodič magnetický tok , potom sa v ňom bude generovať energeticky indukovaná elektromotorická sila na základe princípu elektromagnetickej indukcie z Faradayove zákony . Táto elektromotorická sila môže spôsobiť tok prúdu, keď nie je otvorený obvod vodiča.

Konštrukcia

Generátor jednosmerného prúdu sa tiež používa ako a Jednosmerný motor bez zmeny jeho konštrukcie. Preto sa jednosmerný motor inak môže jednosmerný generátor všeobecne nazývať a DC stroj. Stavba a 4-pólový jednosmerný generátor je zobrazený nižšie. Tento generátor obsahuje niekoľko častí ako je jarmo, tyče a palice, poľné vinutie, jadro kotvy, vinutie kotvy, komutátor a kefy. Dve základné časti tohto zariadenia sú stator a rotor .



Stator

Stator je podstatnou súčasťou generátora jednosmerného prúdu a jeho hlavnou funkciou je poskytovať magnetické polia tam, kde sa cievky otáčajú. Patria sem stabilné magnety, z ktorých dva sú otočené opačnými pólmi. Tieto magnety sú umiestnené tak, aby zapadli do oblasti rotora.

Rotor alebo jadro kotvy

Rotor alebo jadro armatúry je druhou podstatnou súčasťou generátora jednosmerného prúdu a obsahuje laminované drážkované železo so štrbinami, ktoré sú naskladané do tvaru a valcové jadro kotvy . Spravidla sa tieto laminácie ponúkajú na zníženie strát kvôli vírivý prúd .


Vinutia armatúry

Otvory pre jadro kotvy sa používajú hlavne na držanie vinutí kotvy. Sú vo forme vinutia s uzavretým obvodom a sú zapojené do série s paralelne pre zvýšenie súčtu vyprodukovaného prúdu.



Jarmo

Vonkajšia konštrukcia generátora jednosmerného prúdu je Yoke a je vyrobená z liatiny, inak z ocele. Poskytuje potrebnú mechanickú silu na prenášanie magnetický tok dané cez póly.

Poliaci

Používajú sa hlavne na uchytenie vinutia poľa. Zvyčajne sú tieto vinutia navinuté na póloch a sú spojené do série inak paralelne s vinutia kotvy . Okrem toho sa póly spoja smerom k jarmo s metódou zvárania inak pomocou skrutiek.

Poltopánka

Pól pre pól sa používa hlavne na šírenie magnetického toku, ako aj na zabránenie pádu cievky.

Komutátor

Fungovanie komutátora je ako usmerňovač výmeny Striedavé napätie do Jednosmerné napätie vo vinutí kotvy cez kefy. Je navrhnutý s medeným segmentom a každý medený segment je navzájom chránený pomocou sľudové obliečky . Nachádza sa na hriadeli stroja.

Komutátor v generátore jednosmerného prúdu

Komutátor v generátore jednosmerného prúdu

Funkcia komutátora generátora jednosmerného prúdu

Hlavnou funkciou komutátora v generátore jednosmerného prúdu je zmena striedavého prúdu na jednosmerný. Funguje ako reverzný spínač a jeho úloha v generátore je uvedená nižšie.

Emf, ktorý je indukovaný vo vnútri kotvovej cievky generátora, sa strieda. Takže tok prúdu v cievke kotvy môže byť tiež striedavý prúd. Tento prúd je možné cez komutátor obrátiť v presnom okamihu, akonáhle cievka kotvy prekročí magnetickú nezaujatú os. Zaťaženie teda dosahuje jednosmerný alebo jednosmerný prúd.

Komutátor zaručuje, že tok prúdu z generátora bude prúdiť navždy jedným smerom. Kefy vytvoria vysoko kvalitné elektrické spojenie medzi generátorom a záťažou pohybom po komutátore.

Štetce

Môžu byť zabezpečené elektrické spojenia medzi komutátor ako aj obvod vonkajšej záťaže pomocou kefiek.

Pracovný princíp

The pracovný princíp generátora jednosmerného prúdu je založené na Faradayových zákonoch z elektromagnetická indukcia . Ak je vodič umiestnený v nestabilnom magnetickom poli, indukuje sa v ňom elektromotorická sila. Veľkosť indukovaného e.m.f je možné merať z rovnice elektromotorická sila generátora .

Ak je vodič v uzavretom pruhu, bude v ňom prúdiť indukovaný prúd. V tomto generátore budú cievky poľa generovať elektromagnetické pole a vodiče kotvy sa budú otáčať do poľa. Preto bude vo vodičoch kotvy generovaná elektromagneticky indukovaná elektromotorická sila (e.m.f). Dráhu indukovaného prúdu poskytne Flemingovo pravidlo pravej ruky.

Rovnica generátora DC E.M.F.

The emf rovnica generátora jednosmerného prúdu podľa Faradayových zákonov o elektromagnetickej indukcii je Napr. = PØZN / 60 A

Kde Phi je

tok alebo pól v rámci Webberu

„Z“ je celkové číslo vodiča kotvy

„P“ je počet pólov v generátore

„A“ je niekoľko paralelných pruhov v kotve

„N“ je rotácia kotvy v ot / min (otáčky za minútu)

„E“ je indukovaný e.m.f v ktoromkoľvek paralelnom pruhu v kotve

„Napr.“ Je generovaný e.m.f v ktoromkoľvek z paralelných pruhov

„N / 60“ je počet závitov za sekundu

Čas pre jedno otočenie bude dt = 60 / N s

Typy generátora jednosmerného prúdu

Klasifikáciu generátorov jednosmerného prúdu možno vykonať v dvoch najdôležitejších kategóriách, a to osobitne excitované a samostatne vzrušené.

Typy jednosmerných generátorov

Typy jednosmerných generátorov

Samostatne nadšený

V samostatne excitovanom type sú cievne cievky zosilnené z autonómneho vonkajšieho jednosmerného zdroja.

Seba vzrušený

V samobudenom type sú cievky poľa zosilnené z generovaného prúdu pomocou generátora. Generácia prvej elektromotorickej sily nastane kvôli jej vynikajúcemu magnetizmu v póloch poľa.

Vyrobená elektromotorická sila spôsobí, že do cievok poľa bude dodávať zlomok prúdu, čo zvýši tok poľa, ako aj generovanie elektromotorickej sily. Ďalej je možné tieto typy jednosmerných generátorov rozdeliť do troch typov, a to na sériové, kombinované a kombinované.

  • V sériovo navinutom vinutí poľa aj vinutí kotvy sú navzájom spojené do série.
  • Pri bočnom vinutí sú budiace vinutie aj vinutie kotvy navzájom spojené paralelne.
  • Zložené vinutie je zmesou sériového a skratového vinutia.

Účinnosť generátora jednosmerného prúdu

DC generátory sú veľmi spoľahlivé s hodnotením účinnosti 85-95%

Zvážte, že výstup z generátora je VI

Vstup generátora je VI + Straty

Vstup = VI + I2aRa + Wc

Ak je prúd bočného poľa zanedbateľný, potom Ia = I (približne)

Potom n = VI / (VI + Ia2Ra + wc) = 1 / (1 + Ira / V + wc / VI)

Pre najvyššiu účinnosť d / dt (Ira / V + wc / VI) = 0, inak I2ra = wc

Preto je účinnosť najvyššia, keď sa premenná strata rovná konštantnej strate

Zaťažovací prúd ekvivalentný najvyššej účinnosti je I2ra = wc, inak I = √wc / ra

Straty v generátore jednosmerného prúdu

Na trhu sú k dispozícii rôzne druhy strojov, kde sa celková vstupná energia nemôže zmeniť na výstup z dôvodu straty vstupnej energie. Takže v tomto type generátora môžu nastať rôzne straty.

Strata medi

Pri strate medi v kotve (Ia2Ra), kde prúd kotvy je „Ia“ a odpor kotvy je „Ra“. U generátorov, ako sú napäťové vinutia, je strata medi v poli ekvivalentná Ish2Rsh, ktorá je takmer stabilná. Pre generátory, ako je sériová rana, je strata medi v poli ekvivalentná s Ise2 Rse, ktorá je tiež takmer stabilná. U generátorov, ako sú rany so zlúčeninami, je zaznamenaná strata medi podobná ako u Icomp2 Rcomp, ktorý je tiež takmer stabilný. Pri stratách pri plnom zaťažení sa straty medi vyskytujú 20 - 30% v dôsledku kontaktu kefy.

Strata jadra alebo železa alebo magnetická strata

Klasifikáciu strát jadra je možné rozdeliť do dvoch typov, napríklad na hysteréziu a vírivý prúd

Hysterézna strata

Táto strata nastáva hlavne z dôvodu obrátenia jadra kotvy. Každá časť jadra rotora prechádzala pod dvoma pólmi, ako je striedavo sever a juh, a zodpovedajúcim spôsobom dosahuje polaritu S & N. Kedykoľvek sa jadro napája pod jednu sadu pólov, dokončí jadro jednu sériu obrátenia frekvencie. Viac informácií nájdete na tomto odkaze Čo je strata hysterézie: faktory a jej aplikácie

Strata vírivých prúdov

Jadro kotvy seká magnetický tok počas celej svojej revolúcie & e.m.f môže byť indukovaný vo vnútri jadra, na základe zákonov o elektromagnetickej indukcii je tento emf extrémne malý, vytvára však veľký prúd na povrchu jadra. Tento obrovský prúd je známy ako vírivý prúd, zatiaľ čo strata sa nazýva strata vírivým prúdom.

Straty jadra sú stabilné pre zložené a skratové generátory, pretože ich poľné prúdy sú takmer stabilné. Táto strata sa vyskytuje hlavne pri stratách pri plnom zaťažení o 20% až 30%.

Mechanická strata

Mechanickú stratu možno definovať ako straty trením alebo vetrom rotujúcej kotvy. Strata trením nastáva hlavne 10% až 20% strát pri plnom zaťažení u ložísk a komutátora.

Túlavá strata

Bludné straty sa vyskytujú hlavne kombináciou strát ako jadrových, tak aj mechanických. Tieto straty sa tiež nazývajú rotačné straty.

Rozdiel medzi generátorom striedavého a jednosmerného prúdu

Predtým, ako budeme diskutovať o rozdieloch medzi generátorom striedavého a jednosmerného prúdu, musíme poznať pojem generátory. Všeobecne sú generátory rozdelené do dvoch typov, ako je striedavý prúd a jednosmerný prúd. Hlavnou funkciou týchto generátorov je zmena výkonu z mechanického na elektrický. Generátor striedavého prúdu generuje striedavý prúd, zatiaľ čo generátor jednosmerného prúdu generuje priamy výkon.

Oba generátory používajú na výrobu elektrickej energie Faradayov zákon. Tento zákon hovorí, že akonáhle sa vodič posunie v magnetickom poli, potom lomí magnetické silové čiary, aby stimuloval EMF alebo elektromagnetickú silu vo vnútri vodiča. Veľkosť indukovanej emf hlavne závisí od spojenia sily magnetickej čiary cez vodič. Akonáhle je obvod vodiča uzavretý, môže emf spôsobiť tok prúdu. Hlavnými časťami generátora jednosmerného prúdu sú magnetické pole a vodiče, ktoré sa pohybujú v magnetickom poli.

Hlavné rozdiely medzi generátormi AC a DC sú jednou z najdôležitejších elektrických tém. Tieto rozdiely môžu študentom pomôcť pri štúdiu tejto témy, ale predtým by ste mali vedieť o generátoroch striedavého prúdu aj o generátoroch jednosmerného prúdu do všetkých podrobností, aby bolo možné rozdiely ľahko pochopiť. Viac informácií o serveri The nájdete na tomto odkaze Rozdiel medzi generátorom striedavého a jednosmerného prúdu.

Charakteristiky

Charakteristiku generátora jednosmerného prúdu možno definovať ako grafické znázornenie medzi dvoma samostatnými veličinami. Tento graf bude ukazovať ustálené charakteristiky, ktoré vysvetľujú hlavný vzťah medzi koncovým napätím, záťažou a budením prostredníctvom tohto grafu. Najdôležitejšie vlastnosti tohto generátora sú uvedené nižšie.

Magnetizačné charakteristiky

Magnetizačné charakteristiky poskytujú rozdiel medzi produkčným napätím, inak beznapäťovým napätím cez poľný prúd a stabilnou rýchlosťou. Tento druh charakteristiky je tiež známy ako charakteristika otvoreného obvodu, inak charakteristika bez zaťaženia.

Interné charakteristiky

Vnútorné charakteristiky generátora jednosmerného prúdu možno vykresliť medzi prúdom záťaže a generovaným napätím.

Externé alebo zaťažovacie charakteristiky

Charakteristiky záťaže alebo externého typu poskytujú hlavné vzťahy medzi prúdom záťaže a koncovým napätím pri stabilnej rýchlosti.

Výhody

A výhody generátora jednosmerného prúdu zahrňte nasledujúce.

  • DC generátory generujú veľký výkon.
  • Koncové zaťaženie týchto generátorov je vysoké.
  • Návrh jednosmerných generátorov je veľmi jednoduchý
  • Používajú sa na generovanie nerovnomerného výstupného výkonu.
  • Tieto hodnoty sú mimoriadne konzistentné s hodnotami účinnosti 85 - 95%
  • Poskytujú spoľahlivý výstup.
  • Sú ľahké a zároveň kompaktné.

Nevýhody

Medzi nevýhody generátora jednosmerného prúdu patria nasledujúce.

  • Generátor jednosmerného prúdu nemožno použiť s transformátorom
  • Účinnosť tohto generátora je nízka v dôsledku mnohých strát, ako je meď, mechanické, vírivé atď.
  • Na veľké vzdialenosti môže dôjsť k poklesu napätia
  • Používa komutátor s rozdeleným krúžkom, takže komplikuje konštrukciu stroja
  • Drahé
  • Vysoké náklady na údržbu
  • Iskry sa budú generovať pri výrobe energie
  • Počas prenosu sa stratí viac energie

Aplikácie DC generátorov

Medzi aplikácie rôznych typov generátorov jednosmerného prúdu patria nasledujúce.

  • Samostatne budený jednosmerný generátor sa používa na zosilnenie aj galvanické pokovovanie . Používa sa na napájanie a osvetlenie pomocou a poľný regulátor
  • Samobudený jednosmerný generátor alebo bočný jednosmerný generátor sa používa na napájanie aj na bežné osvetlenie pomocou regulátora. Môže byť použitý na osvetlenie batérie.
  • Sériový generátor jednosmerného prúdu sa používa v oblúkových žiarovkách na osvetlenie, generátor stabilného prúdu a zosilňovač.
  • Na zaistenie sa používa zložený generátor jednosmerného prúdu Zdroj pre DC zváracie stroje.
  • Hladinová zmes DC generátor sa používa na zabezpečenie napájania ubytovní, chát, kancelárií atď.
  • Na kompenzáciu poklesu napätia v napájačoch sa používa viacsmerný generátor.

Toto je teda všetko o generátor jednosmerného prúdu . Z vyššie uvedených informácií nakoniec môžeme vyvodiť záver, že medzi hlavné výhody generátorov jednosmerného prúdu patrí jednoduchá konštrukcia a dizajn, ľahká paralelná prevádzka a problémy so stabilitou systému sa nepodobajú alternátorom. Tu je otázka, aké sú nevýhody generátorov jednosmerného prúdu?