Mikä on DC-generaattori: Rakentaminen ja sen toiminta

Alkukirjain sähkömagneettinen generaattori (Faraday-levy) keksi brittiläinen tiedemies Michael Faraday vuonna 1831. A DC-generaattori on sähkölaite, jota käytetään tuottamiseen sähköenergiaa . Tämän laitteen päätehtävä on muuttaa mekaaninen energia sähköenergiaksi. Saatavilla on useita erilaisia ​​mekaanisia energialähteitä, kuten kädensijat, polttomoottorit, vesiturbiinit, kaasu- ja höyryturbiinit. Generaattori tarjoaa virtaa kaikille sähköverkot . Generaattorin käänteinen toiminto voidaan suorittaa sähkömoottorilla. Moottorin päätehtävä on muuntaa sähköenergia mekaaniseksi. Moottoreilla ja generaattoreilla on samanlaiset ominaisuudet. Tässä artikkelissa käsitellään DC-generaattoreiden yleiskatsausta.

Mikä on DC-generaattori?

DC-generaattori tai tasavirta generaattori on eräänlainen sähkökone, ja tämän koneen päätehtävä on muuntaa mekaaninen energia tasavirraksi (tasavirta). Energian muutosprosessissa käytetään periaatetta, jonka mukaan energiaa kutsutaan sähkömoottoriksi. dc-generaattorin kaavio näkyy alla.

DC-generaattori

Kun johdin viiltää magneettinen virtaus , sitten siinä syntyy energisesti indusoitua sähkömoottoria, joka perustuu Faradayn lait . Tämä sähkömoottorivoima voi aiheuttaa virran virtauksen, kun johdinpiiriä ei avata.

Rakentaminen

DC-generaattoria käytetään myös a DC-moottori muuttamatta sen rakennetta. Siksi DC-moottoria voidaan muuten kutsua DC-generaattoriksi a DC-kone. Rakentaminen 4-napainen tasavirtageneraattori näkyy alla. Tämä generaattori käsittää useita osia kuten ikeen, pylväät ja napakengät, kenttäkäämitys, ankkuriydin, ankkuri käämitys, kommutaattori ja harjat. Mutta tämän laitteen kaksi olennaista osaa ovat staattori ja roottori .

Staattori

Staattori on olennainen osa tasavirtageneraattoria, ja sen päätehtävänä on saada aikaan magneettikentät, joissa kelat pyörivät. Tämä sisältää vakaat magneetit, joissa kahdessa niistä on vastakkaiset navat. Nämä magneetit on sijoitettu sopiviksi roottorin alueelle.

Roottori tai ankkuriydin

Roottori tai ankkuriydin on tasavirtageneraattorin toinen olennainen osa, ja se sisältää urarautalaminaatit, joissa on urat, jotka on pinottu muotoilemaan a sylinterimäinen ankkuriydin . Yleensä näiden laminointien tarjotaan vähentävän menetystä pyörrevirta .

Ankkurikäämitykset

Ankkurisydämen uria käytetään pääasiassa ankkurikäämien pitämiseen. Ne ovat suljetun piirin käämitysmuodossa, ja se on kytketty sarjaan rinnakkain tuotetun virran summan lisäämiseksi.

Yoke

DC-generaattorin ulkoinen rakenne on Yoke, ja se on valmistettu valuraudasta, muuten teräksestä. Se antaa tarvittavan mekaanisen voiman magneettinen virtaus annetaan napojen kautta.

Puolalaiset

Näitä käytetään pääasiassa kenttäkäämien pitämiseen. Yleensä nämä käämit on kääritty pylväisiin, ja ne on kytketty sarjaan muuten yhdensuuntaisesti ankkurikäämit . Lisäksi navat antavat liitoksen ikettä kohti hitsausmenetelmällä muuten ruuveilla.

Tanko

Sauvakenkää käytetään pääasiassa magneettivuon levittämiseen sekä kenttäkäämin putoamisen estämiseksi.

Kommutaattori

Kommutaattorin toiminta on kuin tasasuuntaaja vaihtamista varten Vaihtovirta että DC-jännite ankkurin sisällä käämimällä harjan poikki. Se on suunniteltu kuparisegmentillä, ja jokainen kuparisegmentti on suojattu toisiltaan kiille arkit . Se sijaitsee koneen akselilla.

DC-generaattorin kommutaattori

DC-generaattorin kommutaattoritoiminto

DC-generaattorin kommutaattorin päätehtävä on vaihtaa vaihtovirta tasavirtaan. Se toimii kuin peruutuskytkin ja sen roolia generaattorissa käsitellään jäljempänä.

Generaattorin ankkurikäämin sisällä indusoitu emf vuorottelee. Joten virran virta ankkurikelassa voi myös olla vaihtovirta. Tämä virta voidaan kääntää kommutaattorin läpi tarkalla hetkellä, kun ankkurikäämi ylittää magneettisen puolueettoman akselin. Siten kuorma saavuttaa tasavirran tai yksisuuntaisen virran.

Kommutaattori takaa, että virtavirta generaattorista kulkee ikuisesti yhteen suuntaan. Harjat muodostavat korkealaatuisia sähköliitäntöjä generaattorin ja kuorman välillä siirtymällä kommutaattoriin.

Harjat

Sähköliitännät voidaan varmistaa kommutaattori samoin kuin ulkoinen kuormituspiiri harjojen avulla.

Toimintaperiaate

DC-generaattorin toimintaperiaate perustuu Faradayn lakeihin elektromagneettinen induktio . Kun johdin sijaitsee epävakaassa magneettikentässä, johtimessa indusoituu sähkömoottori. Indusoitu e.m.f-suuruus voidaan mitata yhtälöstä generaattorin sähkömoottori .

Jos johtimella on suljettu kaista, indusoitunut virta kulkee kaistalla. Tässä generaattorissa kenttäkäämit tuottavat sähkömagneettisen kentän, samoin kuin ankkurijohtimet käännetään kenttään. Siksi ankkurijohtimien sisällä syntyy sähkömagneettisesti indusoitu sähkömoottorivoima (e.m.f). Indusoidun virran polun antaa Flemingin oikeanpuoleinen sääntö.

DC-generaattorin E.M.F-yhtälö

DC-generaattorin emf-yhtälö Faradayn sähkömagneettisen induktion lakien mukaan on Esim. = PØZN / 60 A

Missä Phi On

virtaus tai napa Webberissä

’Z’ on ankkurijohtimen kokonaismäärä

’P’ on generaattorin pylväiden määrä

’A’ on useita rinnakkaisia ​​kaistoja ankkurissa

’N’ on ankkurin kierto kierrosnopeudella (kierrosta minuutissa)

’E’ on indusoitu e.m.f missä tahansa rinnakkaisessa kaistassa ankkurissa

”Esim” on generoitu e.m.f missä tahansa yhdensuuntaisesta kaistasta

’N / 60’ on kierrosta sekunnissa

Yhden käännöksen aika on dt = 60 / N s

DC-generaattorin tyypit

Tasavirta-generaattorit voidaan luokitella kahteen tärkeimpään luokkaan, nimittäin erikseen ja itse.

DC-generaattorien tyypit

Erittäin innoissaan

Erikseen viritetyssä tyypissä kenttäkäämit vahvistetaan autonomisesta ulkoisesta DC-lähteestä.

Itse innoissaan

Itse herättämässä tyypissä kenttäkäämit vahvistetaan generaattorin kanssa muodostetusta virrasta. Ensimmäisen sähkömoottorin voima syntyy johtuen sen erinomaisesta magneettisuudesta kentän napoissa.

Tuotettu sähkömoottorivoima saa murto-osan virrasta syöttämään kenttäkäämit, mikä lisää kenttävirtaa ja sähkömoottorin voiman muodostumista. Lisäksi tämäntyyppiset tasavirtageneraattorit voidaan luokitella kolmeen tyyppiin, nimittäin sarjahaava, shunttihaava ja yhdistetty haava.

• Sarjahaavassa molemmat kenttäkäämitykset ja ankkurikäämitykset on kytketty sarjaan toistensa kanssa.
• Shunt-käämityksessä sekä kenttäkäämitys että ankkuri-käämitys on kytketty rinnakkain toistensa kanssa.
• Yhdistetty käämitys on sekoitus sarjakäämitystä ja shuntikäämitystä.

DC-generaattorin tehokkuus

DC-generaattorit ovat erittäin luotettavia, hyötysuhde 85-95%

Otetaan huomioon, että generaattorin lähtö on VI

Generaattorin tulo on VI + Tappiot

Tulo = VI + I2aRa + Wc

Jos shuntikentän virta on merkityksetön, Ia = I (noin)

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

Suurimman hyötysuhteen saavuttamiseksi d / dt (Ira / V + wc / VI) = 0, muuten I2ra = wc

Siksi hyötysuhde on suurin, kun muuttuvahäviö vastaa vakiohäviötä

Suurinta hyötysuhdetta vastaava kuormitusvirta on I2ra = wc, muuten I = √wc / ra

Tappiot DC-generaattorissa

Markkinoilla on erilaisia ​​koneita, joissa kokonaispanosenergiaa ei voida muuttaa tuotokseksi syöttöenergian häviön takia. Joten tämän tyyppisissä generaattoreissa voi esiintyä erilaisia ​​tappioita.

Kuparin menetys

Ankkurikuparihäviössä (Ia2Ra), jossa ankkurivirta on ”Ia” ja ankkurivastus on ”Ra”. Generaattoreille, kuten shunttihaavoille, kentän kuparihäviö vastaa melkein vakaa Ish2Rsh. Sarjahaavan kaltaisille generaattoreille kentän kuparihäviö vastaa Ise2 Rse: tä, joka on myös melkein vakaa. Generaattoreille, kuten yhdistekäämitty, kuparihäviö on samanlainen kuin Icomp2 Rcomp, joka on myös lähes vakaa. Täydessä kuormitushäviössä kuparihäviöitä esiintyy 20-30% harjakosketuksen vuoksi.

Ydin tai rauta tai magneettinen menetys

Ydinhäviöt voidaan luokitella kahteen tyyppiin, kuten hystereesi ja pyörrevirta

Hystereesin menetys

Tämä menetys johtuu pääasiassa ankkuriytimen kääntymisestä. Jokainen roottorin sydämen osa, joka kulkee kahden napan alapuolella, kuten pohjoinen ja etelä vuorotellen, saavuttaa vastaavasti S & N-napaisuuden. Aina kun ydin toimittaa yhden napasarjan alapuolelle, ydin lopettaa yhden taajuusmuutossarjan. Katso lisätietoja tästä linkistä Mikä on hystereesin menetys: tekijät ja sen sovellukset

Pyörrevirran menetys

Ankkurisydän leikkaa magneettivuon koko kierroksen ajan, ja sähkömagneettisen induktion lakien perusteella voidaan indusoida ytimen ulkopuolelle ym. Tämä emf on erittäin pieni, mutta se asettaa suuren virran ytimen pintaan. Tätä valtavaa virtaa kutsutaan pyörrevirraksi, kun taas menetystä kutsutaan pyörrevirtahäviöksi.

Ydinhäviöt ovat vakaat yhdistelmä- ja shuntgeneraattoreille, koska niiden kenttävirrat ovat lähes vakaat. Tämä menetys tapahtuu pääasiassa 20-30% täydellä kuormalla.

Mekaaninen menetys

Mekaaninen häviö voidaan määritellä pyörivän ankkurin ilman- tai tuulen häviöksi. Kitkahäviö tapahtuu pääasiassa 10% - 20% laakereiden ja kommutaattorin täydestä kuormituksesta.

Harhautus

Hajahäviöitä tapahtuu pääasiassa yhdistämällä tappiot, kuten ydin sekä mekaaniset. Näitä tappioita kutsutaan myös kiertohäviöiksi.

Ero AC- ja DC-generaattoreiden välillä

Ennen kuin voimme keskustella vaihtovirta- ja tasavirtageneraattorien eroista, meidän on tiedettävä generaattorien käsite. Generaattorit luokitellaan yleensä kahteen tyyppiin, kuten AC ja DC. Näiden generaattoreiden päätehtävä on muuttaa tehoa mekaanisesta sähköiseen. AC-generaattori tuottaa vaihtovirran, kun taas DC-generaattori tuottaa suoraa tehoa.

Molemmat generaattorit käyttävät Faradayn lakia sähkövirran tuottamiseen. Tämä laki kertoo, että kun johdin siirtyy magneettikentän sisällä, se leikkaa magneettisia voimajohtoja stimuloidakseen EMF: ää tai sähkömagneettista voimaa johtimessa. Tämä indusoitu emf: n suuruus riippuu pääasiassa johtimen läpi kulkevasta magneettisesta linjavoimasta. Kun johtimen piiri on suljettu, emf voi aiheuttaa virran. DC-generaattorin pääosat ovat magneettikenttä ja johtimet, jotka liikkuvat magneettikentän sisällä.

AC- ja DC-generaattoreiden tärkeimmät erot ovat yksi tärkeimmistä sähköaiheista. Nämä erot voivat auttaa oppilaita tutkimaan tätä aihetta, mutta ennen sitä on tiedettävä sekä vaihtovirtageneraattoreista että tasavirtageneraattoreista jokaisessa yksityiskohdassa, jotta erot ovat hyvin ymmärrettävissä. Katso tämä linkki saadaksesi lisätietoja The Ero AC- ja DC-generaattoreiden välillä.

Ominaisuudet

DC-generaattorin ominaisuudet voidaan määritellä graafisena esityksenä kahden erillisen suureen välillä. Tämä kaavio näyttää vakaan tilan ominaisuudet, jotka selittävät pääjännitteen, kuormituksen ja virityksen välisen suhteen tämän kaavion kautta. Tämän generaattorin olennaisimpia ominaisuuksia käsitellään jäljempänä.

Magnetisointiominaisuudet

Magneettisuusominaisuudet antavat eron tuottaa jännitettä muuten kuormittamaton jännite kenttävirran kautta tasaisella nopeudella. Tällainen ominaisuus tunnetaan myös avoimen piirin muuten kuormittamattomana ominaisuutena.

Sisäiset ominaisuudet

DC-generaattorin sisäiset ominaisuudet voidaan piirtää kuormitusvirran ja generoidun jännitteen väliin.

Ulkoiset tai kuormitusominaisuudet

Kuormitus tai ulkoisen tyypin ominaisuudet antavat tärkeimmät suhteet kuormitusvirralle ja liittimen jännitteelle vakaan nopeuden mukaan.

Edut

A dc-generaattorin edut Sisällytä seuraavat.

• DC-generaattorit tuottavat suuren ulostulon.
• Näiden generaattorien päätekuorma on suuri.
• DC-generaattorien suunnittelu on hyvin yksinkertaista
• Näitä käytetään tuottamaan epätasaista lähtötehoa.
• Nämä ovat erittäin yhdenmukaisia ​​85-95%: n tehokkuusluokkien kanssa
• Ne antavat luotettavan tuotoksen.
• Ne ovat kevyitä ja pienikokoisia.

Haitat

DC-generaattorin haittoja ovat seuraavat.

• Tasavirta-generaattoria ei voida käyttää muuntajan kanssa
• Tämän generaattorin hyötysuhde on alhainen monien menetysten, kuten kuparin, mekaanisen, pyörrevirtauksen jne. Vuoksi
• Jännitteen pudotus voi tapahtua pitkiä matkoja
• Se käyttää jaetun renkaan kommutaattoria, mikä vaikeuttaa koneen suunnittelua
• Kallis
• Huomionkipeä
• Kipinät syntyvät samalla, kun ne tuottavat energiaa
• Lisää energiaa menetetään lähetyksen aikana

DC-generaattoreiden sovellukset

Erityyppisten DC-generaattorien sovellukset sisältävät seuraavat.

• Erikseen viritettyä DC-generaattoria käytetään sekä tehostamiseen galvanointi . Sitä käytetään virran ja valaistuksen tarkoituksiin käyttämällä a kentän säädin
• Itse herättämää tasavirta-generaattoria tai shunt-tasavirta-generaattoria käytetään virtalähteeseen sekä tavalliseen valaistukseen säätimen avulla. Sitä voidaan käyttää akun valaistukseen.
• Sarjan tasavirtageneraattoria käytetään valokaarivalaisimissa, vakaa virtageneraattori ja tehostin.
• Yhdistettyä DC-generaattoria käytetään virtalähde tasavirtahitsauskoneille.
• Tasoyhdiste DC generaattori käytetään virtalähteen tarjoamiseen hostelleille, majoille, toimistoille jne.
• Yhdisteen yläpuolella DC-generaattoria käytetään kompensoimaan syöttöjännitteen jännitehäviö.

Näin ollen kyse on kaikesta DC-generaattori . Edellä olevista tiedoista voidaan lopuksi päätellä, että tasavirtageneraattoreiden tärkeimpiin etuihin kuuluu yksinkertainen rakenne ja suunnittelu, rinnakkaiskäyttö on helppoa ja järjestelmän vakausongelmat eivät ole vähemmän kuin laturit. Tässä on kysymys sinulle, mitkä ovat DC-generaattoreiden haitat?