Co to jest generator prądu stałego: budowa i działanie

Inicjał elektromagnetyczny generator (Dysk Faradaya) został wynaleziony przez brytyjskiego naukowca Michaela Faradaya w 1831 roku Generator prądu stałego to urządzenie elektryczne służące do wytwarzania energia elektryczna . Główną funkcją tego urządzenia jest zamiana energii mechanicznej na energię elektryczną. Dostępnych jest kilka rodzajów mechanicznych źródeł energii, takich jak korby ręczne, silniki spalinowe, turbiny wodne, gazowe i parowe. Generator zapewnia zasilanie wszystkim sieci elektroenergetyczne . Odwrotną funkcję generatora można wykonać za pomocą silnika elektrycznego. Główną funkcją silnika jest zamiana energii elektrycznej na mechaniczną. Silniki, podobnie jak generatory, mają podobne cechy. W tym artykule omówiono omówienie generatorów prądu stałego.

Co to jest generator prądu stałego?

Generator prądu stałego lub generator prądu stałego to jeden rodzaj maszyny elektrycznej, a jej główną funkcją jest przekształcić energię mechaniczną w prąd stały (prąd stały). Proces zmiany energii wykorzystuje zasadę energetycznie indukowanej siły elektromotorycznej. Plik Schemat generatora prądu stałego pokazano poniżej.

Generator prądu stałego

Kiedy przewodnik tnie strumień magnetyczny , wówczas zostanie w nim wygenerowana siła elektromotoryczna indukowana energetycznie w oparciu o zasadę indukcji elektromagnetycznej Prawa Faradaya . Ta siła elektromotoryczna może powodować przepływ prądu, gdy obwód przewodnika nie jest otwarty.

Budowa

Generator prądu stałego jest również używany jako Silnik prądu stałego bez zmiany jego konstrukcji. Dlatego silnik prądu stałego, w przeciwnym razie generator prądu stałego można ogólnie nazwać a Maszyna DC. Konstrukcja 4-biegunowy generator prądu stałego pokazano poniżej. Ten generator składa się z kilka części jak jarzmo, słupy i buty na biegunach, uzwojenie pola, rdzeń twornika, uzwojenie twornika, komutator i szczotki. Ale dwie zasadnicze części tego urządzenia to stojan i wirnik .

Stator

Stojan jest istotną częścią generatora prądu stałego, a jego główną funkcją jest zapewnienie pól magnetycznych, w których wirują cewki. Obejmuje to stabilne magnesy, w których dwa z nich są skierowane w przeciwne strony. Magnesy te są umieszczone tak, aby pasowały do ​​obszaru wirnika.

Wirnik lub rdzeń twornika

Rotor lub rdzeń armatury jest drugą istotną częścią generatora prądu stałego i zawiera laminowane żeliwo szczelinowe ze szczelinami, które są ułożone w stos, aby uformować cylindryczny rdzeń twornika . Ogólnie rzecz biorąc, te laminaty są oferowane w celu zmniejszenia strat z powodu prąd wirowy .

Uzwojenia twornika

Szczeliny rdzenia twornika służą głównie do trzymania uzwojenia twornika. Są one w postaci uzwojenia w obwodzie zamkniętym i są połączone szeregowo z równolegle w celu zwiększenia sumy wytwarzanego prądu.

Jarzmo

Konstrukcja zewnętrzna generatora prądu stałego to jarzmo i jest wykonana z żeliwa, w przeciwnym razie ze stali. Daje niezbędną moc mechaniczną do przenoszenia strumień magnetyczny podane przez bieguny.

Polacy

Są one głównie używane do utrzymywania uzwojeń pola. Zwykle te uzwojenia są nawinięte na bieguny i są połączone szeregowo, w przeciwnym razie równolegle uzwojenia twornika . Ponadto bieguny będą dawać połączenie w kierunku jarzma metodą spawania, w przeciwnym razie za pomocą śrub.

But na rurze

Stopka biegunowa służy głównie do rozprowadzania strumienia magnetycznego, a także do zapobiegania spadaniu cewki pola.

Komutator

Praca komutatora jest jak prostownik do wymiany Napięcie AC do Napięcie DC w uzwojeniu twornika w poprzek szczotek. Jest zaprojektowany z segmentem miedzianym, a każdy segment miedziany jest chroniony przed sobą za pomocą arkusze miki . Znajduje się na wale maszyny.

Komutator w generatorze prądu stałego

Funkcja komutatora generatora prądu stałego

Główną funkcją komutatora w generatorze prądu stałego jest zamiana prądu przemiennego na prąd stały. Działa jak przełącznik cofania, a jego rola w generatorze została omówiona poniżej.

SEM, który jest indukowany w cewce twornika generatora, zmienia się. Zatem przepływ prądu w cewce twornika może być również prądem przemiennym. Ten prąd może zostać odwrócony przez komutator w odpowiednim momencie, gdy cewka twornika przecina oś nieobciążoną magnetycznie. W ten sposób obciążenie osiąga prąd stały lub jednokierunkowy.

Komutator gwarantuje, że przepływ prądu z generatora będzie płynął w nieskończoność w jednym kierunku. Szczotki wykonają wysokiej jakości połączenia elektryczne między generatorem a obciążeniem, poruszając się po komutatorze.

Pędzle

Połączenia elektryczne mogą być zapewnione między komutator a także zewnętrzny obwód obciążenia za pomocą szczotek.

Zasada działania

Plik zasada działania generatora prądu stałego opiera się na prawach Faradaya Indukcja elektromagnetyczna . Kiedy przewodnik znajduje się w niestabilnym polu magnetycznym, w przewodniku indukowana jest siła elektromotoryczna. Wyindukowaną wielkość e.m.f można zmierzyć z równania siła elektromotoryczna generatora .

Jeśli przewodnik ma zamknięty tor, indukowany prąd będzie płynął po torze. W tym generatorze cewki wzbudzające będą generować pole elektromagnetyczne, a przewody twornika są zamieniane w pole. Dlatego w przewodach twornika zostanie wytworzona siła elektromotoryczna indukowana elektromagnetycznie (np.). Ścieżka prądu indukowanego zostanie zapewniona przez prawą regułę Fleminga.

Generator prądu stałego E.M.F Równanie

Plik Równanie emf generatora prądu stałego zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya Np. = PØZN / 60 A

Gdzie Phi jest

strumień lub biegun w Webber

„Z” to całkowita liczba przewodów twornika

„P” to liczba biegunów w generatorze

„A” to liczba równoległych pasów wewnątrz szkieletu

„N” oznacza obrót twornika w obr./min (obrotach na minutę)

„E” to indukowana e.m.f na dowolnym równoległym torze w tworniku

„Eg” to wygenerowany e.m.f na dowolnym z równoległych pasów

„N / 60” to liczba obrotów na sekundę

Czas na jedną turę wyniesie dt = 60 / N sek

Rodzaje generatorów prądu stałego

Klasyfikacji prądnic prądu stałego można dokonać w dwóch najważniejszych kategoriach, mianowicie wzbudzonych osobno i samowzbudnych.

Rodzaje generatorów prądu stałego

Osobno podekscytowany

W typie obcowzbudnym cewki wzbudzające są wzmacniane z niezależnego zewnętrznego źródła prądu stałego.

Podekscytowany

W typie samowzbudnym cewki wzbudzające są wzmacniane prądem generowanym przez generator. Wytworzenie pierwszej siły elektromotorycznej nastąpi z powodu jej wyjątkowego magnetyzmu w biegunach pola.

Wytworzona siła elektromotoryczna spowoduje, że ułamek prądu dostanie się do cewek wzbudzenia, co z kolei zwiększy strumień pola, jak również generowanie siły elektromotorycznej. Co więcej, te typy generatorów prądu stałego można podzielić na trzy typy, mianowicie z uzwojeniem szeregowym, bocznikowym i złożonym.

• W uzwojeniu szeregowym zarówno uzwojenie pola, jak i uzwojenie twornika są połączone szeregowo ze sobą.
• W uzwojeniu bocznikowym zarówno uzwojenie pola, jak i uzwojenie twornika są połączone ze sobą równolegle.
• Uzwojenie złożone jest połączeniem uzwojenia szeregowego i uzwojenia bocznikowego.

Wydajność generatora prądu stałego

Generatory prądu stałego są bardzo niezawodne przy sprawności 85-95%

Rozważmy, że wyjście generatora to VI

Wejście generatora to VI + Straty

Wejście = VI + I2aRa + Wc

Jeśli prąd pola bocznikowego jest nieistotny, to Ia = I (w przybliżeniu)

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

Dla najwyższej sprawności d / dt (Ira / V + wc / VI) = 0, w innym przypadku I2ra = wc

Dlatego efektywność jest najwyższa, gdy zmienna strata jest równoważna stracie stałej

Prąd obciążenia odpowiadający najwyższej sprawności wynosi I2ra = wc, w przeciwnym razie I = √wc / ra

Straty w generatorze prądu stałego

Na rynku dostępne są różne rodzaje maszyn, w których całkowita energia wejściowa nie może zostać zmieniona na wyjściową z powodu utraty energii wejściowej. Tak więc w tego typu generatorze mogą wystąpić różne straty.

Strata miedzi

W stratach miedzi twornika (Ia2Ra), gdzie prąd twornika wynosi „Ia”, a rezystancja twornika to „Ra”. W przypadku generatorów, takich jak uzwojenie bocznikowe, strata miedzi w polu jest równoważna Ish2Rsh, która jest prawie stabilna. W przypadku generatorów, takich jak uzwojenie szeregowe, strata miedzi w polu jest równoważna Ise2 Rse, która jest również prawie stabilna. W przypadku generatorów, takich jak nawijane warstwowo, straty miedzi w opiłkach są podobne do Icomp2 Rcomp, który jest również prawie stabilny. Przy całkowitych stratach obciążenia straty miedzi występują w 20-30% z powodu kontaktu szczotki.

Strata rdzenia lub żelaza lub magnetyczna

Klasyfikację strat w rdzeniu można podzielić na dwa typy, takie jak histereza i prąd wirowy

Utrata histerezy

Ta strata występuje głównie z powodu odwrócenia rdzenia twornika. Każda część rdzenia wirnika przechodzi na przemian poniżej dwóch biegunów, takich jak północny i południowy, i odpowiednio osiąga polaryzację S i N. Ilekroć rdzeń zasila poniżej jednego zestawu biegunów, rdzeń zakończy jedną serię odwrócenia częstotliwości. Proszę odnieść się do tego linku, aby dowiedzieć się więcej Co to jest utrata histerezy: czynniki i jej zastosowania

Strata prądów wirowych

Rdzeń twornika tnie strumień magnetyczny podczas swojego obrotu, a e.m.f może być indukowany na zewnątrz rdzenia, w oparciu o prawa indukcji elektromagnetycznej, ten emf jest niezwykle mały, jednak wytwarza duży prąd na powierzchni rdzenia. Ten ogromny prąd jest znany jako prąd wirowy, podczas gdy strata nazywana jest utratą prądu wirowego.

Straty w rdzeniu są stabilne dla generatorów złożonych i bocznikowych, ponieważ ich prądy polowe są prawie stabilne. Strata ta występuje głównie od 20% do 30% w przypadku strat przy pełnym obciążeniu.

Straty mechaniczne

Straty mechaniczne można zdefiniować jako tarcie powietrzne obracającej się twornika lub straty spowodowane przez wiatr Straty spowodowane tarciem występują głównie w 10% do 20% strat przy pełnym obciążeniu w łożyskach i komutatorze.

Zgubiona strata

Straty błądzące występują głównie przez połączenie strat, takich jak rdzeń, oraz strat mechanicznych. Straty te nazywane są również stratami rotacyjnymi.

Różnica między generatorem AC i DC

Zanim będziemy mogli omówić różnicę między generatorami prądu przemiennego i stałego, musimy poznać koncepcję generatorów. Generalnie generatory są podzielone na dwa typy, takie jak AC i DC. Główną funkcją tych generatorów jest zmiana mocy z mechanicznej na elektryczną. Generator prądu przemiennego wytwarza prąd przemienny, podczas gdy generator prądu stałego generuje moc bezpośrednią.

Oba generatory wykorzystują prawo Faradaya do wytwarzania energii elektrycznej. Prawo to mówi, że gdy przewodnik przesunie się w polu magnetycznym, to przecina magnetyczne linie siły, aby stymulować pole elektromagnetyczne lub siłę elektromagnetyczną w przewodniku. Wielkość tego indukowanego pola elektromagnetycznego zależy głównie od połączenia siły linii magnetycznej przez przewodnik. Po zamknięciu obwodu przewodnika emf może spowodować przepływ prądu. Głównymi częściami generatora prądu stałego są pole magnetyczne i przewodniki poruszające się w polu magnetycznym.

Główne różnice między generatorami prądu przemiennego i stałego są jednym z najważniejszych tematów elektrycznych. Różnice te mogą pomóc studentom w przestudiowaniu tego tematu, ale wcześniej należy poznać wszystkie szczegóły generatorów prądu przemiennego i prądnic prądu stałego, aby różnice były bardzo łatwe do zrozumienia. Proszę zapoznać się z tym linkiem, aby dowiedzieć się więcej o Różnica między generatorem AC i DC.

Charakterystyka

Charakterystykę generatora prądu stałego można zdefiniować jako graficzną reprezentację dwóch oddzielnych wielkości. Ten wykres pokaże charakterystyki stanu ustalonego, które wyjaśniają główną zależność między napięciem na zaciskach, obciążeniami i wzbudzeniem na tym wykresie. Najważniejsze cechy tego generatora omówiono poniżej.

Charakterystyka magnetyzacji

Charakterystyki namagnesowania zapewniają różnicę w wytwarzaniu napięcia w przeciwnym razie bez obciążenia przez prąd pola przy stabilnej prędkości. Ten rodzaj charakterystyki jest również znany jako obwód otwarty, w przeciwnym razie charakterystyka bez obciążenia.

Charakterystyka wewnętrzna

Charakterystykę wewnętrzną generatora prądu stałego można wykreślić między prądem obciążenia a generowanym napięciem.

Charakterystyka zewnętrzna lub obciążenia

Charakterystyka obciążenia lub typu zewnętrznego zapewnia główne relacje między prądem obciążenia a napięciem na zaciskach przy stabilnej prędkości.

Zalety

A zalety generatora prądu stałego obejmują następujące elementy.

• Generatory prądu stałego generują dużą moc.
• Obciążenie końcowe tych generatorów jest wysokie.
• Projektowanie generatorów prądu stałego jest bardzo proste
• Są one używane do generowania nierównomiernej mocy wyjściowej.
• Są one niezwykle zgodne z 85-95%. Ocenami sprawności
• Dają niezawodną wydajność.
• Są lekkie i kompaktowe.

Niedogodności

Wady generatora prądu stałego są następujące.

• Generator prądu stałego nie może być używany z transformatorem
• Wydajność tego generatora jest niska z powodu wielu strat, takich jak miedź, mechaniczne, wirowe itp.
• Spadek napięcia może wystąpić na dużych odległościach
• Wykorzystuje komutator z dzielonym pierścieniem, więc skomplikuje projekt maszyny
• Kosztowny
• Wysokie koszty utrzymania
• Iskry będą generowane podczas wytwarzania energii
• Więcej energii zostanie utracone podczas transmisji

Zastosowania generatorów prądu stałego

Zastosowania różnych typów generatorów prądu stałego są następujące.

• Oddzielnie wzbudzany generator prądu stałego jest używany zarówno do wzmocnienia, jak i galwanotechnika . Służy do zasilania i oświetlenia za pomocą regulator pola
• Samowzbudny generator prądu stałego lub bocznikowy generator prądu stałego służy do zasilania, a także zwykłego oświetlenia za pomocą regulatora. Może służyć do oświetlenia akumulatorowego.
• Szeregowy generator prądu stałego jest stosowany w lampach łukowych do oświetlenia, generatorze stabilnego prądu i wzmacniaczu.
• Generator prądu stałego jest używany do zapewnienia zasilacz do spawarek DC.
• Związek poziomu DC generator służy do zasilania hosteli, domków letniskowych, biur itp.
• Ponad związek, generator prądu stałego służy do kompensacji spadku napięcia w podajnikach.

A więc o to chodzi generator prądu stałego . Na podstawie powyższych informacji możemy wreszcie wywnioskować, że główne zalety generatorów prądu stałego to prosta konstrukcja i konstrukcja, praca równoległa jest łatwa, a problemy ze stabilnością systemu są mniej podobne do alternatorów. Oto pytanie do Ciebie, jakie są wady generatorów prądu stałego?