De initiële elektromagnetisch generator (Faraday-schijf) werd uitgevonden door de Britse wetenschapper Michael Faraday in het jaar 1831. A DC-generator is een elektrisch apparaat dat wordt gebruikt voor het opwekken van elektrische energie De belangrijkste functie van dit apparaat is om mechanische energie om te zetten in elektrische energie. Er zijn verschillende soorten mechanische energiebronnen beschikbaar, zoals handslingers, verbrandingsmotoren, waterturbines, gas- en stoomturbines. De generator levert stroom aan alle elektrische elektriciteitsnetten De omgekeerde functie van de generator kan worden gedaan door een elektromotor. De belangrijkste functie van de motor is om elektrische energie om te zetten in mechanisch. Zowel motoren als generatoren hebben vergelijkbare kenmerken. Dit artikel bespreekt een overzicht van DC-generatoren.
Wat is een DC-generator?
Een DC-generator of gelijkstroom generator is een soort elektrische machine, en de belangrijkste functie van deze machine is om zet mechanische energie om in DC (gelijkstroom) elektriciteit. Het energieveranderingsproces maakt gebruik van het principe van energetisch geïnduceerde elektromotorische kracht. De dc generator diagram wordt hieronder weergegeven.
DC-generator
Wanneer een dirigent snijdt magnetische flux , dan zal er energetisch geïnduceerde elektromotorische kracht in worden gegenereerd op basis van het principe van elektromagnetische inductie van De wetten van Faraday Deze elektromotorische kracht kan een stroomstroom veroorzaken wanneer het geleidercircuit niet geopend is.
Bouw
Een DC-generator wordt ook gebruikt als Gelijkstroommotor zonder de constructie te veranderen. Daarom kan een DC-motor, anders kan een DC-generator over het algemeen een DC-machine. De constructie van een 4-polige DC-generator wordt hieronder weergegeven. Deze generator bestaat uit diverse onderdelen zoals juk, palen en poolschoenen, veldwikkeling, een ankerkern, ankerwikkeling, commutator en borstels. Maar de twee essentiële onderdelen van dit apparaat zijn zowel de stator als de rotor
Stator
De stator is een essentieel onderdeel van de DC-generator en de belangrijkste functie hiervan is om de magnetische velden te leveren waar de spoelen draaien. Dit omvat stabiele magneten, waarvan er twee met omgekeerde polen zijn gericht. Deze magneten zijn zo geplaatst dat ze in het gebied van de rotor passen.
Rotor of ankerkern
Rotor of anker kern is het tweede essentiële onderdeel van de DC-generator, en het bevat ijzeren lamellen met sleuven met sleuven die zijn gestapeld om een cilindrische ankerkern Over het algemeen worden deze laminaten aangeboden om het verlies te verminderen vanwege de wervelstroom
Ankerwikkelingen
De kernsleuven van het anker worden voornamelijk gebruikt voor het vasthouden van de ankerwikkelingen. Deze bevinden zich in een wikkelingsvorm met een gesloten circuit en zijn in serie met parallel geschakeld om de som van de geproduceerde stroom te vergroten.
Juk
De externe structuur van de DC-generator is Yoke en is gemaakt van gietijzer, anders staal. Het geeft de nodige mechanische kracht om de magnetische flux gegeven via de polen.
Palen
Deze worden voornamelijk gebruikt om de veldwikkelingen vast te houden. Gewoonlijk worden deze wikkelingen om de polen gewikkeld en zijn ze in serie verbonden, anders parallel door de ankerwikkelingen Bovendien zullen de palen bij de lasmethode verbinding maken met het juk, anders door schroeven te gebruiken.
Pole schoen
De poolschoen wordt voornamelijk gebruikt om de magnetische flux te verspreiden en om te voorkomen dat de veldspoel valt.
Commutator
De werking van de commutator is als een gelijkrichter om te veranderen Wisselspanning naar de Gelijkstroomspanning binnen de ankerwikkeling tot over de borstels. Het is ontworpen met een kopersegment en elk kopersegment is met behulp van van elkaar beschermd tegen elkaar mica vellen Het bevindt zich op de as van de machine.
Commutator in DC-generator
DC Generator Commutator-functie
De belangrijkste functie van de commutator in de DC-generator is om de AC naar DC te veranderen. Het werkt als een omkeerschakelaar en de rol ervan in de generator wordt hieronder besproken.
De emf die wordt geïnduceerd in de ankerspoel van de generator, wisselt af. De stroom van stroom in de ankerspoel kan dus ook wisselstroom zijn. Deze stroom kan worden omgekeerd door de commutator op het juiste moment zodra de ankerspoel de magnetische zuivere as kruist. Zo bereikt de belasting een gelijkstroom of eenrichtingsstroom.
De commutator garandeert dat de stroom van de generator voor altijd in één richting zal stromen. De borstels maken hoogwaardige elektrische verbindingen tussen de generator en de belasting door op de commutator te bewegen.
Borstels
De elektrische verbindingen tussen de commutator evenals het externe belastingscircuit met behulp van borstels.
Werkend principe
De werkingsprincipe van de DC-generator is gebaseerd op de wetten van Faraday elektromagnetische inductie Wanneer een geleider zich in een onstabiel magnetisch veld bevindt, wordt een elektromotorische kracht in de geleider geïnduceerd. De geïnduceerde EMF-magnitude kan worden gemeten met de vergelijking van de elektromotorische kracht van een generator
Als de geleider aanwezig is met een gesloten baan, zal de opgewekte stroom in de baan stromen. In deze generator genereren veldspoelen een elektromagnetisch veld en worden de ankergeleiders in het veld gedraaid. Daarom zal een elektromagnetisch geïnduceerde elektromotorische kracht (e.m.f) worden gegenereerd binnen de ankergeleiders. Het pad van de geïnduceerde stroom wordt bepaald door de rechterhandregel van Fleming.
DC Generator E.M.F-vergelijking
De emf vergelijking van dc generator volgens Faraday's wetten van elektromagnetische inductie is Bijv. = PØZN / 60 A
Waar Phi is
flux of pool binnen Webber
‘Z’ is een totaal aantal ankergeleiders
‘P’ is een aantal polen in een generator
‘A’ is een aantal parallelle rijstroken binnen het anker
‘N’ is de rotatie van het anker in omwentelingen per minuut (omwentelingen per minuut)
'E' is de geïnduceerde e.m.f in elke parallelle baan binnen het anker
'Bijv.' Is de gegenereerde e.m.f in een van de parallelle rijstroken
‘N / 60’ is het aantal beurten per seconde
De tijd voor één draai is dt = 60 / N sec
Soorten DC-generator
De classificatie van DC-generatoren kan worden gedaan in twee belangrijkste categorieën, namelijk zowel afzonderlijk opgewonden als zelf opgewonden.
Soorten DC-generatoren
Afzonderlijk opgewonden
Bij afzonderlijk aangeslagen type worden de veldspoelen versterkt vanuit een autonome externe DC-bron.
Zelf opgewonden
Bij het zelf opgewekte type worden de veldspoelen versterkt door de opgewekte stroom met de generator. De generatie van de eerste elektromotorische kracht zal plaatsvinden vanwege zijn uitstekende magnetisme binnen de veldpolen.
De geproduceerde elektromotorische kracht zorgt ervoor dat een fractie van de stroom wordt geleverd in de veldspoelen, waardoor zowel de veldflux als de opwekking van elektromotorische kracht zal toenemen. Verder kunnen deze typen gelijkstroomgeneratoren worden ingedeeld in drie typen, namelijk seriegewonden, shuntgewonden en samengestelde wikkelingen.
- In een seriewikkeling zijn zowel de veldwikkeling als de ankerwikkeling in serie met elkaar verbonden.
- In shuntwinding zijn zowel de veldwikkeling als de ankerwikkeling parallel met elkaar verbonden.
- De samengestelde wikkeling is de combinatie van seriewikkeling en shuntwikkeling.
De efficiëntie van DC-generator
DC-generatoren zijn zeer betrouwbaar met rendementen van 85-95%
Overweeg dat de output van een generator VI is
De input van een generator is VI + verliezen
Invoer = VI + I2aRa + Wc
Als de shuntveldstroom onbeduidend is, dan is Ia = I (ongeveer)
Daarna n = VI / (VI + Ia2Ra + wc) = 1 / (1 + Ira / V + wc / VI)
Voor het hoogste rendement d / dt (Ira / V + wc / VI) = 0, anders I2ra = wc
Daarom is de efficiëntie het hoogst als het variabele verlies gelijk is aan het constante verlies
De belastingsstroom gelijk aan het hoogste rendement is I2ra = wc, anders I = √wc / ra
Verliezen in DC-generator
Er zijn verschillende soorten machines op de markt waarbij de totale input-energie niet kan worden omgezet in output vanwege het verlies aan input-energie. Er kunnen dus verschillende verliezen optreden bij dit type generator.
Koperverlies
Bij koperverlies van het anker (Ia2Ra), waarbij de ankerstroom ‘Ia’ is en de ankerweerstand ‘Ra’ is. Voor generatoren zoals shunt-wonden is het koperverlies in het veld gelijk aan Ish2Rsh, dat bijna stabiel is. Voor generatoren zoals een seriewikkeling is het koperverlies in het veld gelijk aan Ise2 Rse, dat ook bijna stabiel is. Voor generatoren zoals compound-gewikkeld, is het ingediende koperverlies vergelijkbaar met Icomp2 Rcomp, dat ook bijna stabiel is. Bij verliezen bij volledige belasting treden koperverliezen op van 20-30% vanwege het borstelcontact.
Kern of ijzer of magnetisch verlies
De classificatie van kernverliezen kan worden gedaan in twee typen, zoals hysterese en wervelstroom
Hystereseverlies
Dit verlies treedt voornamelijk op door het omkeren van de ankerkern. Elk deel van de rotorkern passeerde afwisselend onder de twee polen, zoals noord en zuid, en bereikt dienovereenkomstig S & N-polariteit. Telkens wanneer de kern onder één set polen levert, voltooit de kern een reeks frequentieomkering. Raadpleeg deze link voor meer informatie Wat is hystereseverlies: factoren en de toepassingen ervan
Wervelstroomverlies
De ankerkern snijdt de magnetische flux tijdens zijn omwenteling en e.m.f kan binnen de buitenkant van de kern worden geïnduceerd, op basis van de elektromagnetische inductiewetten, deze emf is extreem klein, maar het veroorzaakt een grote stroom in het oppervlak van de kern. Deze enorme stroom staat bekend als wervelstroom, terwijl het verlies het wervelstroomverlies wordt genoemd.
Kernverliezen zijn stabiel voor compound- en shuntgeneratoren omdat hun veldstromen bijna stabiel zijn. Dit verlies treedt voornamelijk op bij 20% tot 30% bij vollastverliezen.
Mechanisch verlies
Mechanisch verlies kan worden gedefinieerd als de luchtwrijving- of windkrachtverliezen van het roterende anker. Wrijvingsverlies treedt voornamelijk op bij 10% tot 20% van de verliezen bij volledige belasting bij lagers en commutator.
Verdwaald verlies
Zwerfverliezen ontstaan voornamelijk door het combineren van de verliezen zoals kern en mechanisch. Deze verliezen worden ook wel rotatieverliezen genoemd.
Verschil tussen AC- en DC-generator
Voordat we het verschil tussen AC- en DC-generator kunnen bespreken, moeten we het concept van generatoren kennen. Over het algemeen worden generatoren ingedeeld in twee typen, zoals AC en DC. De belangrijkste functie van deze generatoren is om het vermogen van mechanisch naar elektrisch te veranderen. Een wisselstroomgenerator wekt wisselstroom op, terwijl de gelijkstroomgenerator direct vermogen genereert.
Beide generatoren gebruiken de wet van Faraday om elektrische stroom op te wekken. Deze wet vertelt dat zodra een geleider binnen een magnetisch veld verschuift, deze magnetische krachtlijnen doorsnijdt om een EMF of elektromagnetische kracht in de geleider te stimuleren. De grootte van deze geïnduceerde emf hangt voornamelijk af van de magnetische lijnkrachtverbinding door de geleider. Zodra het circuit van de geleider is gesloten, kan de emf stroom veroorzaken. De belangrijkste onderdelen van een DC-generator zijn het magnetische veld en de geleiders die binnen het magnetische veld bewegen.
De belangrijkste verschillen tussen AC- en DC-generatoren zijn een van de belangrijkste elektrische onderwerpen. Deze verschillen kunnen studenten helpen om over dit onderwerp te studeren, maar daarvoor moet men zowel de wisselstroomgeneratoren als de gelijkstroomgeneratoren in elk detail kennen, zodat de verschillen heel eenvoudig te begrijpen zijn. Raadpleeg deze link voor meer informatie over The Verschil tussen AC- en DC-generator.
Kenmerken
Het kenmerk van de DC-generator kan worden gedefinieerd als de grafische weergave tussen de twee afzonderlijke grootheden. Deze grafiek toont de stationaire karakteristieken die de belangrijkste relatie tussen de klemspanning, belastingen en excitatie via deze grafiek verklaren. De meest essentiële kenmerken van deze generator worden hieronder besproken.
Magnetisatiekenmerken
De magnetisatiekarakteristieken zorgen voor het verschil van het produceren van spanning, anders onbelaste spanning door veldstroom met een stabiele snelheid. Dit soort karakteristiek staat ook bekend als een open circuit, anders niet-belastingskarakteristiek.
Interne kenmerken
De interne kenmerken van de gelijkstroomgenerator kunnen worden uitgezet tussen de belastingsstroom en de gegenereerde spanning.
Externe of belastingskenmerken
De kenmerken van de belasting of het externe type bieden de belangrijkste relaties tussen de belastingsstroom en de klemspanning bij een stabiele snelheid.
Voordelen
De A voordelen van een gelijkstroomgenerator omvatten de volgende.
- DC-generatoren genereren een grote output.
- De eindbelasting van deze generatoren is hoog.
- Het ontwerpen van gelijkstroomgeneratoren is heel eenvoudig
- Deze worden gebruikt om een ongelijkmatig uitgangsvermogen te genereren.
- Deze zijn extreem consistent met 85-95% van de efficiëntieclassificaties
- Ze geven een betrouwbare output.
- Ze zijn zowel licht als compact.
Nadelen
De nadelen van een DC-generator zijn onder meer de volgende.
- DC-generator kan niet worden gebruikt met een transformator
- Het rendement van deze generator is laag vanwege veel verliezen zoals koper, mechanisch, wervelstorm, etc.
- Over lange afstanden kan een spanningsval optreden
- Het maakt gebruik van een splitring-commutator, zodat het ontwerp van de machine gecompliceerd wordt
- Duur
- Veel onderhoud
- De vonken worden gegenereerd tijdens het opwekken van energie
- Er gaat meer energie verloren tijdens het verzenden
Toepassingen van DC-generatoren
De toepassingen van verschillende soorten DC-generatoren omvatten de volgende.
- De afzonderlijk aangeslagen DC-generator van het type wordt zowel voor boosting als voor galvaniseren Het wordt gebruikt voor stroom- en verlichtingsdoeleinden met behulp van een veldregelaar
- De zelf opgewekte DC-generator of shunt-DC-generator wordt gebruikt voor zowel stroom als gewone verlichting met behulp van de regelaar. Het kan worden gebruikt voor batterijverlichting.
- De serie DC-generator wordt gebruikt in booglampen voor verlichting, stabiele stroomgenerator en booster.
- Een samengestelde DC-generator wordt gebruikt om de stroomvoorziening voor DC-lasmachines.
- Level compound DC generator wordt gebruikt om hostels, lodges, kantoren enz. van stroom te voorzien.
- Over compound, wordt DC-generator gebruikt om de spanningsval binnen Feeders te vergoeden.
Dit gaat dus allemaal over de DC-generator Uit de bovenstaande informatie kunnen we tot slot concluderen dat de belangrijkste voordelen van DC-generatoren de eenvoudige constructie en het ontwerp zijn, de parallelle werking gemakkelijk is en dat de stabiliteitsproblemen van het systeem niet zo zijn als de alternatoren. Hier is een vraag voor u, wat zijn de nadelen van DC-generatoren?
