הראשוני אלקטרומגנטית גֵנֵרָטוֹר (דיסק פאראדיי) הומצא על ידי המדען הבריטי כלומר מייקל פאראדיי בשנת 1831. א גנרטור DC הוא מכשיר חשמלי המשמש לייצור אנרגיה חשמלית . תפקידו העיקרי של מכשיר זה הוא לשנות אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. ישנם מספר סוגים של מקורות אנרגיה מכניים זמינים כגון ארכובות ידיים, מנועי בעירה פנימית, טורבינות מים, טורבינות גז וקיטור. הגנרטור מספק חשמל לכל רשתות חשמל . הפונקציה ההפוכה של הגנרטור יכולה להיעשות על ידי מנוע חשמלי. תפקידו העיקרי של המנוע הוא להמיר אנרגיה חשמלית למכנית. מנועים, כמו גם גנרטורים, בעלי תכונות דומות. מאמר זה דן בסקירה כללית של גנרטורים של DC.
מהו מחולל DC?
גנרטור DC או מחולל זרם ישר היא סוג אחד של מכונה חשמלית, והתפקיד העיקרי של מכונה זו הוא להמיר אנרגיה מכנית לחשמל זרם ישר (זרם ישר). תהליך שינוי האנרגיה משתמש בעקרון של כוח אלקטרומוטרי המושרה אנרגטית. ה דיאגרמת גנרטור dc מוצג להלן.
גנרטור DC
כשמוליך חותך שטף מגנטי ואז ייווצר בו כוח אלקטרומוטורי המושרה אנרגטית על בסיס עקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית של חוקי פאראדיי . כוח אלקטרומוטורי זה יכול לגרום לזרימת זרם כאשר מעגל המוליך אינו נפתח.
בְּנִיָה
גנרטור DC משמש גם כ- מנוע DC מבלי לשנות את בנייתו. לכן, מנוע DC אחרת גנרטור DC יכול להיקרא בדרך כלל a מכונת DC. הקמת א גנרטור DC בעל 4 מוטות מוצג להלן. גנרטור זה כולל מספר חלקים כמו עול, מוטות ונעלי מוט, סלילת שדה, ליבת אבזור, מתפתל אבזור, קומוטטור ומברשות. אבל שני החלקים החיוניים של המכשיר הזה הם הסטטור כמו גם הרוטור .
גַלגַל מְכַוֵן
הסטטור הוא חלק חיוני בגנרטור DC, והתפקיד העיקרי של זה הוא לספק את השדות המגנטיים שבהם הסלילים מסתובבים. זה כולל מגנטים יציבים, כאשר שניים מהם עם מוטות הפוכים. מגנטים אלה ממוקמים כך שיתאימו לאזור הרוטור.
ליבת רוטור או אבזור
רוטור או ליבת אבזור הוא החלק המהותי השני של גנרטור DC, והוא כולל למינציה מברזל מחורצת עם חריצים שנערמים בצורה של ליבת אבזור גלילית . באופן כללי, למינציות אלה מוצעות להפחית את ההפסד בגלל זרם אדי .
פיתולי אבזור
חריצי הליבה של האבזור משמשים בעיקר להחזקת פיתולי האבזור. אלה הם בצורת מעגל סגור, והיא מחוברת בסדרה במקביל להגברת סכום הזרם המיוצר.
עוֹל
המבנה החיצוני של גנרטור ה- DC הוא עול, והוא עשוי מברזל יצוק אחרת מפלדה. זה נותן את הכוח המכני הדרוש לנשיאת שטף מגנטי ניתן דרך הקטבים.
פולנים
אלה משמשים בעיקר להחזקת פיתולי השדה. בדרך כלל, פיתולים אלה מתפתלים על הקטבים, והם מחוברים בסדרה אחרת במקביל על ידי פיתולי אבזור . בנוסף, הקטבים יתנו מפרק לכיוון העול בשיטת הריתוך אחרת באמצעות ברגים.
נעל מוט
נעל המוט משמשת בעיקר להפצת השטף המגנטי וכן למניעת נפילת סליל השדה.
קוֹמוּטָטוֹר
העבודה של הקומוטטור היא כמו מיישר לשינוי מתח AC אל ה מתח DC בתוך האבזור המתפתל לרוחב המברשות. הוא מעוצב עם קטע נחושת, וכל קטע נחושת מוגן זה מזה בעזרת יריעות נציץ . הוא ממוקם על פיר המכונה.
קומוטטור בגנרטור DC
פונקציית Commutator DC Generator
הפונקציה העיקרית של הקומוטטור בגנרטור הדו-שיח היא לשנות את ה- AC ל- DC. זה מתנהג כמו מתג לאחור ותפקידו בגנרטור נדון להלן.
EMF המושרה בתוך סליל האבזור של הגנרטור מתחלף לסירוגין. לכן, זרם הזרם בתוך סליל האבזור יכול להיות גם זרם חילופין. ניתן להפוך זרם זה דרך הקומוטטור ברגע המדויק ברגע שסליל האבזור חוצה את הציר המגנטי. לפיכך, העומס מגיע לזרם DC או חד כיווני.
הקומוטטור מבטיח כי זרימת הזרם מהגנרטור תזרום לנצח בכיוון אחד. המברשות יוצרות חיבורי חשמל איכותיים בין הגנרטור לעומס על ידי מעבר על הקומוטטור.
מברשות
ניתן להבטיח את חיבורי החשמל בין קוֹמוּטָטוֹר כמו גם מעגל העומס החיצוני בעזרת מברשות.
עקרון עבודה
ה עקרון עבודה של מחולל DC מבוסס על חוקי פאראדיי השראות אלקטרומגנטית . כאשר מוליך ממוקם בשדה מגנטי לא יציב, כוח מוליך מושרה בתוך המוליך. ניתן למדוד את גודל ה- e.m.f המושרה מהמשוואה של את הכוח החשמלי של גנרטור .
אם המוליך קיים נתיב סגור, הזרם המושרה יזרום בנתיב. בגנרטור זה, סלילי שדה ייצרו שדה אלקטרומגנטי כמו גם מוליכים האבזור הופכים לשדה. לכן, ייצור כוח אלקטרומגני המושרה אלקטרומגנטית (e.m.f) בתוך מוליכי האבזור. דרך הזרם המושרה תסופק על ידי שלטונו הימני של פלמינג.
משוואת גנרטור DC
ה משוואת EMF של גנרטור DC על פי חוקי האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי הוא למשל = PØZN / 60 A.
איפה פי הוא
שטף או מוט בתוך וובר
'Z' הוא מספר מוליך אבזור כולל
'P' הוא מספר קטבים בגנרטור
'A' הוא מספר נתיבים מקבילים בתוך האבזור
'N' הוא סיבוב האבזור בסיבוב (סיבובים לדקה)
'E' הוא ה- e.m.f המושרה בכל נתיב מקביל בתוך האבזור
'למשל' הוא ה- e.m.f שנוצר בכל אחד מהנתיבים המקבילים
'N / 60' הוא מספר הסיבובים בשנייה
הזמן לסיבוב אחד יהיה dt = 60 / N שניות
סוגי מחוללי DC
הסיווג של גנרטורי DC יכול להיעשות בשתי קטגוריות חשובות ביותר כלומר נרגש בנפרד כמו גם התרגשות עצמית.
סוגי מחוללי DC
נרגש בנפרד
בסוג נרגש בנפרד, סלילי השדה מתחזקים ממקור DC חיצוני אוטונומי.
מתרגש מעצמו
בסוג הנרגש מעצמו, סלילי השדה מתחזקים מהזרם שנוצר עם הגנרטור. הדור של הכוח האלקטרו-מנועי הראשון יתרחש בגלל המגנטיות הבולטת שלו בתוך עמודי השדה.
הכוח החשמלי המופק יגרום להזנת חלק מהזרם בסלילי השדה, ולכן יגדיל את שטף השדה וכן את ייצור הכוח האלקטרו-מוטורי. יתר על כן, ניתן לסווג סוגים אלה של גנרטורים לדו-קרקע לשלושה סוגים, כלומר פצעים סדרתיים, פצעי פצעים ופצעים מורכבים.
- בפצע סדרתי, גם סלילת השדה וגם סלילת האבזור מחוברים בסדרה זה עם זה.
- בפצע-Shunt, הן סלילת השדה והן סלילת האבזור מחוברים במקביל זה לזה.
- התרכובת המתפתלת היא תערובת של סלילה מתפתלת & סלילה מתפתלת.
היעילות של גנרטור DC
גנרטורים של DC הם אמינים מאוד עם דירוג יעילות של 85-95%
שקול שהפלט של גנרטור הוא VI
הקלט של גנרטור הוא VI + הפסדים
קלט = VI + I2aRa + Wc
אם זרם שדה המחלף אינו משמעותי, אז Ia = I (בערך)
לאחר מכן, n = VI / (VI + Ia2Ra + wc) = 1 / (1 + Ira / V + wc / VI)
ליעילות הגבוהה ביותר d / dt (Ira / V + wc / VI) = 0 אחרת I2ra = wc
לכן היעילות היא הגבוהה ביותר ברגע שאובדן משתנה שווה ערך לאובדן המתמיד
זרם העומס המקביל ליעילות הגבוהה ביותר הוא I2ra = wc אחרת אני = √wc / ra
הפסדים בגנרטור DC
קיימים סוגים שונים של מכונות הקיימות בשוק, בהן לא ניתן לשנות את אנרגיית הקלט הכוללת לתפוקה בגלל האובדן באנרגיית הקלט. אז הפסדים שונים יכולים להתרחש בסוג זה של גנרטור.
אובדן נחושת
באובדן נחושת אבזור (Ia2Ra), כאשר זרם האבזור הוא 'Ia' והתנגדות האבזור היא 'Ra'. עבור גנרטורים כמו shunt-wound, אובדן הנחושת בשדה שווה ערך ל- Ish2Rsh שהוא כמעט יציב. עבור גנרטורים כמו פצע בסדרה, אובדן הנחושת בשדה שווה ערך ל- Ise2 Rse שהוא גם כמעט יציב. עבור גנרטורים כמו פצעים מורכבים, אובדן הנחושת שהוגש דומה ל- Icomp2 Rcomp שהוא גם כמעט יציב. בהפסדי עומס מלא הפסדי נחושת מתרחשים 20-30% בגלל מגע המברשת.
ליבה או ברזל או אובדן מגנטי
את הסיווג של הפסדי הליבה ניתן לעשות לשני סוגים כמו היסטריה וזרם אדי
אובדן היסטריה
אובדן זה מתרחש בעיקר בגלל היפוך ליבת האבזור. כל חלק מליבת הרוטור שעובר מתחת לשני הקטבים כמו צפון ודרום לסירוגין ומשיג קוטביות S & N בהתאמה. בכל פעם שהליבה מספקת מתחת לקבוצת קטבים אחת, הליבה תסיים סדרה אחת של היפוך תדרים. אנא עיין בקישור זה למידע נוסף אודות מהו אובדן היסטריה: גורמים ויישומיו
הפסד הנוכחי של אדי
ליבת האבזור חותכת את השטף המגנטי לאורך מהפכתה וניתן להניע אותה בתוך החלק החיצוני של הליבה, בהתבסס על חוקי האינדוקציה האלקטרומגנטית, EMF זה זעיר ביותר, אולם הוא מגדיר זרם גדול על פני הליבה. זרם עצום זה מכונה זרם אדי ואילו ההפסד נקרא אובדן זרם אדי.
הפסדי הליבה יציבים עבור גנרטורים מורכבים ו shunt מכיוון שזרמי השדה שלהם כמעט יציבים. הפסד זה מתרחש בעיקר בין 20% ל -30% בהפסדי עומס מלא.
הפסד מכני
ניתן להגדיר אובדן מכני כחיכוך האוויר של האבזור המסתובב או כאובדן רוח, אובדן החיכוך מתרחש בעיקר בין 10% עד 20% מאיבודי העומס המלא במסבים ובמתווכים.
הפסד תועה
הפסדי תועה מתרחשים בעיקר על ידי שילוב של הפסדים כמו גרעין וגם מכני. הפסדים אלה נקראים גם הפסדי סיבוב.
ההבדל בין מחולל זרם חילופין וזרם DC
לפני שנדון בהבדל בין גנרטור AC ו- DC, עלינו להכיר את המושג גנרטורים. באופן כללי, גנרטורים מסווגים לשני סוגים כמו AC ו- DC. התפקיד העיקרי של גנרטורים אלה הוא לשנות את הכוח ממכני לחשמלי. גנרטור AC מייצר זרם חילופין ואילו הגנרטור DC מייצר הספק ישיר.
שני הגנרטורים משתמשים בחוק פאראדיי להפקת חשמל. חוק זה אומר שברגע שמוליך עובר בתוך שדה מגנטי, אז הוא חותך קווים מגנטיים של כוח כדי לעורר EMF או כוח אלקטרומגנטי בתוך המוליך. גודל emf המושרה הזה תלוי בעיקר בחיבור כוח הקו המגנטי דרך המוליך. ברגע שהמעגל של המוליך סגור אז ה- EMF יכול לגרום לזרימת זרם. החלקים העיקריים של גנרטור DC הם השדה המגנטי והמוליכים הנעים בתוך השדה המגנטי.
ההבדלים העיקריים בין גנרטורי AC ו- DC הם אחד הנושאים החשמליים החשובים ביותר. הבדלים אלה יכולים לסייע לתלמידים ללמוד על נושא זה, אך לפני כן, יש לדעת על גנרטורי זרם החשמל וכן על גנרטורים של זרם זרם בכל פרט, כך שההבדלים פשוטים מאוד להבנה. אנא עיין בקישור זה כדי לדעת יותר על ההבדל בין מחולל זרם חילופין וזרם DC.
מאפיינים
ניתן להגדיר את המאפיין של מחולל DC כייצוג גרפי בין שתי הכמויות הנפרדות. גרף זה יראה את מאפייני המצב היציב המסבירים את הקשר העיקרי בין מתח המסוף, העומסים והעירור באמצעות גרף זה. להלן נדון במאפיינים החיוניים ביותר של גנרטור זה.
מאפייני מגנטיזציה
מאפייני המגנטיזציה מספקים את ההבדל בהפקת מתח אחרת מתח ללא עומס דרך זרם השדה במהירות יציבה. סוג זה של מאפיין ידוע גם כמעגל פתוח אחרת מאפיין ללא עומס.
מאפיינים פנימיים
ניתן לשרטט את המאפיינים הפנימיים של גנרטור הספק בין זרם העומס למתח שנוצר.
מאפייני חוץ או עומס
מאפייני העומס או הסוג החיצוני מספקים את היחסים העיקריים בין זרם העומס, כמו גם מתח המסוף במהירות יציבה.
יתרונות
הא dvantages של גנרטור DC כלול את הבאים.
- גנרטורים של DC מייצרים תפוקה גדולה.
- העומס המסוף של גנרטורים אלה הוא גבוה.
- תכנון גנרטורי DC פשוט מאוד
- אלה משמשים להפקת כוח פלט לא אחיד.
- אלה עולים בקנה אחד עם דירוגי יעילות של 85-95%
- הם נותנים תפוקה אמינה.
- הם קלים כמו גם קומפקטיים.
חסרונות
החסרונות של גנרטור DC כוללים את הדברים הבאים.
- לא ניתן להשתמש בגנרטור DC עם שנאי
- היעילות של גנרטור זה נמוכה בגלל הפסדים רבים כמו נחושת, מכני, אדי וכו '.
- נפילת מתח יכולה להתרחש למרחקים ארוכים
- הוא משתמש בקומוטטור טבעת מפוצל כך שהוא יסבך את עיצוב המכונה
- יָקָר
- תחזוקה גבוהה
- הניצוצות ייווצרו תוך כדי יצירת אנרגיה
- יותר אנרגיה תאבד בזמן ההולכה
יישומים של גנרטורים DC
היישומים של סוגים שונים של גנרטורים DC כוללים את הדברים הבאים.
- הגנרטור DC הנרגש בנפרד משמש לחיזוק וכן גלוון . הוא משמש למטרות כוח ותאורה באמצעות וסת שדה
- גנרטור DC הנרגש מעצמו או מחולל DC shunt משמש לחשמל כמו גם לתאורה רגילה באמצעות הרגולטור. ניתן להשתמש בו לתאורת סוללה.
- מחולל DC הסדרה משמש במנורות קשת לתאורה, גנרטור זרם יציב ומאיץ.
- מחולל DC מורכב משמש לספק את ה- ספק כוח למכונות ריתוך DC.
- מתחם DC ברמה גֵנֵרָטוֹר משמש לספק אספקת חשמל לאכסניות, אכסניות, משרדים וכו '.
- באמצעות מתחם, גנרטור DC משמש להחזר ירידת המתח בתוך מזינים.
לפיכך, זה הכל בערך מחולל DC . מהמידע לעיל סוף סוף, אנו יכולים להסיק כי היתרונות העיקריים של גנרטורים של DC כוללים בנייה ותכנון פשוטים, התפעול המקביל קל, ובעיות ביציבות המערכת פחות דומות לאלטרנטורים. הנה שאלה עבורך, מהם החסרונות של גנרטורי DC?
