Počáteční elektromagnetické generátor (Faradayův disk) vynalezl britský vědec, jmenovitě Michael Faraday, v roce 1831. A DC generátor je elektrické zařízení používané ke generování elektrická energie . Hlavní funkcí tohoto zařízení je změna mechanické energie na energii elektrickou. Existuje několik typů zdrojů mechanické energie, jako jsou ruční kliky, spalovací motory, vodní turbíny, plynové a parní turbíny. Generátor poskytuje energii všem elektrické rozvodné sítě . Zpětnou funkci generátoru lze provést elektromotorem. Hlavní funkcí motoru je přeměna elektrické energie na mechanickou. Motory i generátory mají podobné vlastnosti. Tento článek pojednává o přehledu generátorů stejnosměrného proudu.
Co je to DC generátor?
DC generátor nebo generátor stejnosměrného proudu je jeden druh elektrického stroje a hlavní funkcí tohoto stroje je převádět mechanickou energii na stejnosměrný proud (stejnosměrný proud). Proces střídání energie využívá princip energeticky indukované elektromotorické síly. The DC generátorový diagram je zobrazen níže.
DC generátor
Když vodič sekne magnetický tok , pak v něm bude generována energeticky indukovaná elektromotorická síla na základě principu elektromagnetické indukce z Faradayovy zákony . Tato elektromotorická síla může způsobit tok proudu, pokud není vodičový obvod otevřený.
Konstrukce
Generátor stejnosměrného proudu se také používá jako a Stejnosměrný motor beze změny jeho konstrukce. Proto může být stejnosměrný motor jinak generátor stejnosměrného proudu obecně nazýván a DC stroj. Stavba a 4pólový stejnosměrný generátor je zobrazen níže. Tento generátor obsahuje několik částí jako třmen, hole a pólové boty, vinutí pole, jádro kotvy, vinutí armatury, komutátor a kartáče. Ale dvěma základními částmi tohoto zařízení jsou stator a rotor .
Stator
Stator je podstatnou součástí generátoru stejnosměrného proudu a jeho hlavní funkcí je poskytovat magnetická pole tam, kde se cívky otáčejí. To zahrnuje stabilní magnety, kde dva z nich jsou obráceny opačnými póly. Tyto magnety jsou umístěny tak, aby zapadly do oblasti rotoru.
Jádro rotoru nebo kotvy
Rotor nebo jádro armatury je druhou podstatnou součástí generátoru stejnosměrného proudu a zahrnuje laminované drážkované železo se štěrbinami, které jsou naskládány do tvaru a válcové jádro armatury . Obecně jsou tyto laminace nabízeny ke snížení ztráty kvůli vířivý proud .
Vinutí armatury
Štěrbiny jádra kotvy se používají hlavně pro držení vinutí kotvy. Jsou ve formě vinutí s uzavřeným obvodem a jsou zapojeny do série paralelně pro zvýšení součtu vyprodukovaného proudu.
Jho
Vnější konstrukce generátoru stejnosměrného proudu je Yoke a je vyrobena z litiny, jinak z oceli. Poskytuje potřebnou mechanickou sílu pro přenášení magnetický tok dáno póly.
Poláci
Používají se hlavně k držení polních vinutí. Obvykle jsou tato vinutí navinuta na póly a jsou spojena do série, jinak paralelně s vinutí kotvy . Kromě toho póly vytvoří spojení směrem k jho metodou svařování, jinak pomocí šroubů.
Pole Shoe
Patka pro pól se používá hlavně k šíření magnetického toku a také k zabránění pádu cívky pole.
Komutátor
Práce komutátoru je jako usměrňovač pro výměnu Střídavé napětí do Stejnosměrné napětí uvnitř vinutí kotvy přes kartáče. Je navržen s měděným segmentem a každý měděný segment je navzájem chráněn pomocí slídové listy . Je umístěn na hřídeli stroje.
Komutátor v generátoru stejnosměrného proudu
Funkce komutátoru generátoru stejnosměrného proudu
Hlavní funkcí komutátoru v generátoru stejnosměrného proudu je změna střídavého proudu na stejnosměrný. Funguje jako reverzní spínač a jeho role v generátoru je popsána níže.
Emf, který je indukován uvnitř cívky kotvy generátoru, se střídá. Tok proudu uvnitř cívky kotvy tedy může být také střídavý. Tento proud lze přepnout komutátorem v přesný okamžik, jakmile cívka kotvy překročí magnetickou nezaujatou osu. Zátěž tedy dosahuje stejnosměrného nebo jednosměrného proudu.
Komutátor zaručuje, že tok proudu z generátoru bude proudit navždy v jednom směru. Kartáče vytvoří vysoce kvalitní elektrické spojení mezi generátorem a zátěží pohybem po komutátoru.
Kartáče
Je možné zajistit elektrické spojení mezi komutátor stejně jako obvod vnějšího zatížení pomocí kartáčů.
Pracovní princip
The pracovní princip stejnosměrného generátoru je založen na Faradayových zákonech z elektromagnetická indukce . Pokud je vodič umístěn v nestabilním magnetickém poli, indukuje se uvnitř něj elektromotorická síla. Velikost indukovaného e.m.f lze měřit z rovnice elektromotorická síla generátoru .
Pokud je vodič přítomen v uzavřeném pruhu, bude v pruhu proudit indukovaný proud. V tomto generátoru budou cívky pole generovat elektromagnetické pole a vodiče kotvy se budou otáčet do pole. Proto bude uvnitř vodičů kotvy generována elektromagneticky indukovaná elektromotorická síla (e.m.f). Cestu indukovaného proudu poskytne Flemingovo pravidlo pro pravou ruku.
Rovnice stejnosměrného generátoru E.M.F.
The emf rovnice stejnosměrného generátoru podle Faradayových zákonů elektromagnetické indukce je Např. = PØZN / 60 A
Kde Phi je
tok nebo pól v rámci Webberu
„Z“ je celkový počet vodičů kotvy
„P“ je řada pólů v generátoru
„A“ je řada paralelních pruhů uvnitř kotvy
„N“ je rotace kotvy v ot / min (otáčky za minutu)
„E“ je indukovaný e.m.f v libovolném paralelním pruhu uvnitř armatury
„Např.“ Je generovaný e.m.f v kterémkoli z paralelních pruhů
„N / 60“ je počet otáček za sekundu
Čas pro jedno otočení bude dt = 60 / N s
Typy generátoru stejnosměrného proudu
Klasifikaci stejnosměrných generátorů lze provést ve dvou nejdůležitějších kategoriích, a to samostatně vzrušených i samostatně vzrušených.
Typy stejnosměrných generátorů
Samostatně nadšený
U samostatně excitovaného typu jsou polní cívky zesíleny z autonomního externího stejnosměrného zdroje.
Vzrušený
U typu s vlastním buzením jsou cívky pole zesíleny z generovaného proudu pomocí generátoru. Ke generování první elektromotorické síly dojde díky jejímu vynikajícímu magnetismu uvnitř polních pólů.
Vyrobená elektromotorická síla způsobí, že do cívek pole bude dodávat zlomek proudu, což zvýší tok pole i generování elektromotorické síly. Dále lze tyto typy generátorů stejnosměrného proudu rozdělit do tří typů, a to na sériová, zkratová a kombinovaná.
- U sériově vinutých vinutí jsou jak polní vinutí, tak vinutí kotvy spojeny do série navzájem.
- Při bočním vinutí jsou jak polní vinutí, tak vinutí kotvy navzájem spojeny paralelně.
- Složené vinutí je směsí sériového vinutí a bočního vinutí.
Účinnost generátoru stejnosměrného proudu
DC generátory jsou velmi spolehlivé s hodnocením účinnosti 85-95%
Uvažujme, že výstup generátoru je VI
Vstup generátoru je VI + Losses
Vstup = VI + I2aRa + Wc
Pokud je proud bočního pole nevýznamný, pak Ia = I (přibližně)
Poté n = VI / (VI + Ia2Ra + wc) = 1 / (1 + Ira / V + wc / VI)
Pro nejvyšší účinnost d / dt (Ira / V + wc / VI) = 0, jinak I2ra = wc
Účinnost je proto nejvyšší, jakmile se proměnná ztráta rovná konstantní ztrátě
Zátěžový proud ekvivalentní nejvyšší účinnosti je I2ra = wc, jinak I = √wc / ra
Ztráty v DC generátoru
Na trhu jsou k dispozici různé druhy strojů, u nichž nelze celkovou vstupní energii změnit na výstup kvůli ztrátě vstupní energie. U tohoto typu generátoru tedy mohou nastat různé ztráty.
Ztráta mědi
Při ztrátě mědi kotvy (Ia2Ra), kde je proud kotvy „Ia“ a odpor kotvy je „Ra“. U generátorů, jako je bočník, je ztráta mědi v poli ekvivalentní Ish2Rsh, který je téměř stabilní. U generátorů, jako je sériová rána, je ztráta mědi v poli ekvivalentní Ise2 Rse, která je také téměř stabilní. U generátorů, jako je sloučenina, je úbytek mědi podobný Icomp2 Rcomp, který je také téměř stabilní. Při ztrátách při plném zatížení dochází ke ztrátám mědi o 20 až 30% v důsledku kontaktu kartáče.
Jádro nebo železo nebo magnetická ztráta
Klasifikaci ztrát jádra lze provést do dvou typů, jako je hystereze a vířivý proud
Ztráta hystereze
K této ztrátě dochází hlavně kvůli obrácení jádra kotvy. Každá část jádra rotoru prochází střídavě pod dvěma póly, jako je sever a jih, a odpovídajícím způsobem dosahuje polarity S & N. Kdykoli se jádro napájí pod jednou sadou pólů, dokončí jádro jednu sérii obrácení frekvence. Další informace naleznete na tomto odkazu Co je Ztráta hystereze: Faktory a její aplikace
Ztráta vířivými proudy
Jádro armatury seká magnetický tok po celou dobu své revoluce & e.m.f může být indukován vnějšku jádra, na základě zákonů elektromagnetické indukce je tento emf extrémně malý, nicméně vytváří velký proud na povrchu jádra. Tento obrovský proud se nazývá vířivý proud, zatímco ztrátě se říká ztráta vířivým proudem.
Ztráty jádra jsou stabilní pro generátory sloučenin a bočníků, protože jejich polní proudy jsou téměř stabilní. K této ztrátě dochází hlavně při ztrátách při plném zatížení o 20% až 30%.
Mechanická ztráta
Mechanickou ztrátu lze definovat jako vzduchové tření rotující kotvy nebo ztráty větrem. Ke ztrátě třením dochází hlavně 10% až 20% ztrát plného zatížení u ložisek a komutátoru.
Bludná ztráta
K rozptýleným ztrátám dochází hlavně kombinací ztrát, jako jsou jádro, a mechanické. Tyto ztráty se také nazývají rotační ztráty.
Rozdíl mezi generátorem střídavého a stejnosměrného proudu
Než budeme moci diskutovat o rozdílu mezi generátorem střídavého a stejnosměrného proudu, musíme znát koncept generátorů. Obecně jsou generátory rozděleny do dvou typů, jako je AC a DC. Hlavní funkcí těchto generátorů je změna výkonu z mechanického na elektrický. Generátor střídavého proudu generuje střídavý proud, zatímco stejnosměrný generátor generuje přímý výkon.
Oba generátory používají Faradayův zákon k výrobě elektrické energie. Tento zákon říká, že jakmile se vodič posouvá v magnetickém poli, pak lomí magnetické silové linie, aby stimuloval EMF nebo elektromagnetickou sílu uvnitř vodiče. Velikost indukovaného emf závisí hlavně na připojení síly magnetické linky přes vodič. Jakmile je obvod vodiče uzavřen, může emf způsobit tok proudu. Hlavními částmi stejnosměrného generátoru jsou magnetické pole a vodiče, které se pohybují v magnetickém poli.
Hlavní rozdíly mezi generátory AC a DC jsou jedním z nejdůležitějších elektrických témat. Tyto rozdíly mohou studentům pomoci studovat o tomto tématu, ale předtím by člověk měl vědět o generátorech střídavého proudu i stejnosměrných generátorech ve všech detailech, aby rozdíly byly velmi snadno pochopitelné. Další informace o serveru The naleznete na tomto odkazu Rozdíl mezi generátorem střídavého a stejnosměrného proudu.
Vlastnosti
Charakteristiku stejnosměrného generátoru lze definovat jako grafické znázornění mezi dvěma samostatnými veličinami. Tento graf bude ukazovat ustálené charakteristiky, které vysvětlují hlavní vztah mezi koncovým napětím, zátěží a buzením prostřednictvím tohoto grafu. Níže jsou popsány nejdůležitější vlastnosti tohoto generátoru.
Magnetizační charakteristiky
Magnetizační charakteristiky poskytují rozdíl mezi vytvářením napětí, jinak napětím naprázdno, polním proudem při stabilní rychlosti. Tento druh charakteristiky je také známý jako otevřený obvod, jinak charakteristika bez zátěže.
Vnitřní charakteristiky
Interní charakteristiky stejnosměrného generátoru lze vykreslit mezi zatěžovacím proudem i generovaným napětím.
Vnější nebo zatěžovací charakteristiky
Charakteristiky zátěže nebo externího typu poskytují hlavní vztahy mezi zátěžovým proudem a svorkovým napětím při stabilní rychlosti.
Výhody
A výhody stejnosměrného generátoru zahrnout následující.
- DC generátory generují velký výstup.
- Koncové zatížení těchto generátorů je vysoké.
- Návrh stejnosměrných generátorů je velmi jednoduchý
- Používají se k výrobě nerovnoměrného výstupního výkonu.
- Ty jsou extrémně konzistentní s 85-95% hodnocení účinnosti
- Poskytují spolehlivý výstup.
- Jsou lehké a kompaktní.
Nevýhody
Nevýhody stejnosměrného generátoru zahrnují následující.
- Generátor stejnosměrného proudu nelze použít s transformátorem
- Účinnost tohoto generátoru je nízká kvůli mnoha ztrátám, jako je měď, mechanické, vířivé atd.
- Na velké vzdálenosti může dojít k poklesu napětí
- Používá komutátor s děleným prstencem, takže komplikuje konstrukci stroje
- Drahý
- Vysoké náklady na údržbu
- Jiskry budou generovány při generování energie
- Během přenosu se ztratí více energie
Aplikace stejnosměrných generátorů
Mezi aplikace různých typů stejnosměrných generátorů patří následující.
- Samostatně budený stejnosměrný generátor se používá pro posilování i galvanické pokovování . Používá se k napájení a osvětlení pomocí a regulátor pole
- Samobudný stejnosměrný generátor nebo směšovací stejnosměrný generátor se používá k napájení i běžnému osvětlení pomocí regulátoru. Může být použit pro osvětlení baterie.
- Sériový generátor stejnosměrného proudu se používá v obloukových lampách pro osvětlení, generátor stabilního proudu a zesilovač.
- Pro zajištění zdroj napájení pro DC svařovací stroje.
- Vyrovnejte směs DC generátor se používá k zajištění napájení pro ubytovny, chaty, kanceláře atd.
- Přes sloučeninu se používá DC generátor k úhradě úbytku napětí v napájecích zdrojích.
O toto tedy jde stejnosměrný generátor . Z výše uvedených informací konečně můžeme usoudit, že hlavní výhody generátorů stejnosměrného proudu zahrnují jednoduchou konstrukci a design, paralelní provoz je snadný a problémy se stabilitou systému jsou méně podobné alternátorům. Zde je otázka, jaké jsou nevýhody stejnosměrných generátorů?
