Vad är en DC-generator: konstruktion och hur den fungerar

Initialen elektromagnetisk generator (Faraday-skiva) uppfanns av den brittiska forskaren, Michael Faraday, år 1831. A. DC-generator är en elektrisk anordning som används för att generera elektrisk energi . Huvudfunktionen för denna enhet är att ändra mekanisk energi till elektrisk energi. Det finns flera typer av mekaniska energikällor tillgängliga, såsom handvevar, förbränningsmotorer, vattenturbiner, gas- och ångturbiner. Generatorn ger ström till alla elnät . Generatorns omvända funktion kan göras av en elmotor. Motorns huvudfunktion är att omvandla elektrisk energi till mekanisk. Motorer, liksom generatorer, har liknande funktioner. Den här artikeln diskuterar en översikt över likströmsgeneratorer.

Vad är en DC-generator?

En likströmsgenerator eller likströmsgenerator är en typ av elektrisk maskin, och maskinens huvudfunktion är att konvertera mekanisk energi till likström (likström). Energiändringsprocessen använder principen om energiskt inducerad elektromotorisk kraft. De DC generator diagram visas nedan.

DC-generator

När en ledare krossar magnetiskt flöde , då genereras elektromotorisk kraft i den baserat på den elektromagnetiska induktionsprincipen för Faradays lagar . Denna elektromotoriska kraft kan orsaka ett strömflöde när ledarkretsen inte öppnas.

Konstruktion

En likströmsgenerator används också som en likströmsmotor utan att ändra konstruktionen. Därför kan en likströmsmotor annars en likströmsgenerator i allmänhet kallas a DC-maskin. Konstruktionen av en 4-polig DC-generator visas nedan. Denna generator består av flera delar som ok, stolpar och stolparskor, fältlindning, en ankarkärna, ankarlindning, kommutator och borstar. Men de två väsentliga delarna av denna enhet är både statorn och rotorn .

Stator

Statorn är en väsentlig del av likströmsgeneratorn och huvudfunktionen för detta är att tillhandahålla magnetfält där spolarna snurrar. Detta inkluderar stabila magneter, där två av dem är med omvända stolpar vända mot. Dessa magneter är placerade för att passa i rotorns område.

Rotor- eller armaturkärna

Rotor eller ankarkärna är den andra väsentliga delen av likströmsgeneratorn, och den innehåller slitsade lameller med slitsar som är staplade för att forma a cylindrisk ankarkärna . Generellt erbjuds dessa lameller för att minska förlusten på grund av virvelström .

Armaturlindningar

Ankarets kärnspår används främst för att hålla ankarlindningarna. Dessa är i en sluten kretslindningsform, och den är kopplad i serie till parallell för att förbättra summan av producerad ström.

Ok

DC-generatorns yttre struktur är ok, och den är gjord av gjutjärn annars stål. Det ger nödvändig mekanisk kraft för att bära magnetiskt flöde ges genom polerna.

Stolpar

Dessa används främst för att hålla fältlindningarna. Vanligtvis är dessa lindningar lindade på stolparna, och de är seriekopplade i annat fall parallellt med ankarlindningar . Dessutom kommer stolparna att fogas mot ok med svetsmetoden annars genom att använda skruvar.

Pole Shoe

Stångskon används främst för att sprida magnetflödet och för att undvika att fältspolen faller.

Kommutator

Kommutatorns arbete är som en likriktare för ändring AC-spänning till DC-spänning inom ankaret som lindar sig över borstarna. Den är utformad med ett kopparsegment, och varje kopparsegment skyddas från varandra med hjälp av glimmerark . Den är placerad på maskinens axel.

Kommutator i DC-generator

DC Generator Commutator-funktion

Kommutatorns huvudfunktion i likströmsgeneratorn är att ändra AC till DC. Det fungerar som en backväxel och dess roll i generatorn diskuteras nedan.

Emf som induceras i generatorns ankarspole växlar om. Så strömflödet i ankarspolen kan också vara växelström. Denna ström kan vändas genom kommutatorn i det exakta ögonblicket när armaturspolen passerar den magnetiska opartiska axeln. Således uppnår belastningen en likström eller enriktad ström.

Kommutatorn garanterar att strömmen från generatorn kommer att flyta för alltid i en enda riktning. Borstarna kommer att göra högkvalitativa elektriska anslutningar mellan generatorn och lasten genom att flytta på kommutatorn.

Borstar

De elektriska anslutningarna kan säkerställas mellan kommutator såväl som den yttre belastningskretsen med hjälp av borstar.

Arbetsprincip

De arbetsprincip för likströmsgeneratorn är baserad på Faradays lagar av elektromagnetisk induktion . När en ledare är placerad i ett instabilt magnetfält induceras en elektromotorisk kraft i ledaren. Den inducerade e.m.f-storleken kan mätas från ekvationen av generatorns elektromotoriska kraft .

Om ledaren är närvarande med en sluten fil, kommer strömmen som induceras att strömma i körfältet. I denna generator kommer fältspolar att generera ett elektromagnetiskt fält såväl som ankarledarna förvandlas till fältet. Därför kommer en elektromagnetiskt inducerad elektromotorisk kraft (e.m.f) att genereras i ankarledarna. Vägen för inducerad ström kommer att tillhandahållas av Flemings högra regel.

DC Generator E.M.F ekvation

De EMF-ekvation för DC-generator enligt Faradays lagar om elektromagnetisk induktion är T ex = PØZN / 60 A.

Var Phi är

flöde eller pol inom Webber

'Z' är ett totalt antal ankarledare

'P' är ett antal poler i en generator

'A' är ett antal parallella körfält i ankaret

'N' är armaturens rotation i rpm (varv per minut)

'E' är den inducerade e.m.f i alla parallella körfält i ankaret

”Eg” är den genererade e.m.f i någon av de parallella banorna

”N / 60” är antalet varv per sekund

Tiden för en sväng är dt = 60 / N sek

Typer av DC-generator

Klassificeringen av likströmsgeneratorer kan göras i två viktigaste kategorier, nämligen separat upphetsad såväl som självupphetsad.

Typer av DC-generatorer

Separat upphetsad

I separat exciterad typ förstärks fältspolarna från en autonom extern DC-källa.

Själv upphetsad

I den självexciterade typen förstärks fältspolarna från den genererade strömmen med generatorn. Genereringen av den första elektromotoriska kraften kommer att ske på grund av dess enastående magnetism inom fältpolerna.

Den producerade elektromotoriska kraften kommer att orsaka en bråkdel av strömmen i fältspolarna, vilket ökar fältflödet såväl som generering av elektromotorisk kraft. Vidare kan dessa typer av likströmsgeneratorer klassificeras i tre typer, nämligen serielindade, shuntlindade och sammansatta sår.

• I en serie lindas både fältlindning och ankarlindning i serie med varandra.
• I shuntlindning är både fältlindningen och ankarlindningen anslutna parallellt med varandra.
• Den sammansatta lindningen är en blandning av serielindning och shuntlindning.

Effektiviteten hos DC Generator

DC-generatorer är mycket tillförlitliga med effektivitetsgrader på 85-95%

Tänk på att utgången från en generator är VI

Ingången till en generator är VI + Losses

Ingång = VI + I2aRa + Wc

Om shuntfältströmmen är obetydlig är Ia = I (ungefär)

After that, n = VI/ (VI+Ia2Ra+wc) = 1/(1+Ira/V+wc/VI)

För högsta effektivitet d / dt (Ira / V + wc / VI) = 0 annars I2ra = wc

Därför är effektiviteten högst när variabel förlust motsvarar den konstanta förlusten

Lastströmmen motsvarande högsta verkningsgrad är I2ra = wc annars är jag = √wc / ra

Förluster i DC Generator

Det finns olika typer av maskiner tillgängliga på marknaden där den totala insignalenergin inte kan ändras till uteffekt på grund av förlusten av insatsenergin. Så olika förluster kan uppstå i denna typ av generator.

Kopparförlust

I kopparförlust av ankar (Ia2Ra), där ankarströmmen är 'Ia' och ankarresistansen är 'Ra'. För generatorer som shuntlindade motsvarar fältförkopparkopplingen Ish2Rsh som är nästan stabil. För generatorer som en serie lindning motsvarar fältförlusten av koppar Ise2 Rse som också är nästan stabil. För generatorer som sammansatt lindning liknar den arkiverade kopparförlusten Icomp2 Rcomp som också är nästan stabil. Vid fullförluster uppstår kopparförluster 20-30% på grund av borstkontakten.

Kärna eller järn eller magnetiskt förlust

Klassificeringen av kärnförluster kan göras i två typer som hysteres och virvelström

Hysteresförlust

Denna förlust uppstår främst på grund av vändningen av ankarkärnan. Varje del av rotorkärnan passerar under de två polerna som nord & syd omväxlande och uppnår motsvarande S & N-polaritet. När kärnan levererar under en uppsättning poler kommer kärnan att avsluta en serie frekvensomvandling. Se den här länken om du vill veta mer om Vad är hysteresförlust: faktorer och dess tillämpningar

Eddy Current Loss

Ankarkärnan slår igenom det magnetiska flödet under hela sin rotation och e.m.f kan induceras på utsidan av kärnan, baserat på de elektromagnetiska induktionslagarna, denna emf är extremt liten, men den sätter upp en stor ström i ytan på kärnan. Denna enorma ström kallas virvelström medan förlusten kallas virvelströmförlust.

Kärnförluster är stabila för sammansatta och shuntgeneratorer eftersom deras fältströmmar är nästan stabila. Denna förlust inträffar främst 20% till 30% i fulllastförluster.

Mekaniskt förlust

Mekanisk förlust kan definieras som den roterande ankarets luftfriktion eller vindförluster. Friktionsförlust uppträder huvudsakligen 10% till 20% av fulllastförluster vid lager & kommutator.

Stray Loss

Ströförluster uppstår huvudsakligen genom att kombinera förlusterna som kärna såväl som mekaniska. Dessa förluster kallas också rotationsförluster.

Skillnad mellan AC och DC Generator

Innan vi kan diskutera skillnaden mellan växelströms- och likströmsgenerator måste vi känna till begreppet generatorer. Generellt klassificeras generatorer i två typer som AC och DC. Huvudfunktionen för dessa generatorer är att ändra effekten från mekanisk till elektrisk. En växelströmsgenerator genererar en växelström medan likströmsgeneratorn genererar direkt effekt.

Båda generatorerna använder Faradays lag för att generera elkraft. Denna lag berättar att när en ledare skiftas inom ett magnetfält så skär den magnetiska kraftlinjer för att stimulera en EMF eller elektromagnetisk kraft i ledaren. Denna inducerade emfs storlek beror huvudsakligen på den magnetiska linjekraftanslutningen genom ledaren. När ledarens krets är stängd kan emf orsaka strömflöde. Huvuddelarna i en likströmsgenerator är magnetfältet och ledarna som rör sig inom magnetfältet.

De viktigaste skillnaderna mellan växelströms- och likströmsgeneratorer är ett av de viktigaste elektriska ämnena. Dessa skillnader kan hjälpa eleverna att studera om detta ämne, men innan det bör man veta om växelströmsgeneratorer och likströmsgeneratorer i varje detalj så att skillnaderna är mycket enkla att förstå. Se den här länken för att veta mer om The Skillnad mellan AC och DC Generator.

Egenskaper

Kännetecknet för likströmsgeneratorn kan definieras som den grafiska representationen bland de två separata storheterna. Denna graf visar egenskaperna i steady-state som förklarar huvudförhållandet mellan terminalspänning, belastningar och excitation genom denna graf. De viktigaste egenskaperna hos denna generator diskuteras nedan.

Magnetiseringsegenskaper

Magnetiseringsegenskaperna ger skillnaden mellan att producera spänning, annars spänning utan belastning genom fältström med stabil hastighet. Denna typ av karakteristik är också känd som en öppen krets, annars ingen belastningskarakteristik.

Interna egenskaper

Likströmsgeneratorns interna egenskaper kan plottas mellan belastningsströmmen och genererad spänning.

Externa eller belastningsegenskaper

Last- eller externa typegenskaper ger huvudförhållandena mellan belastningsströmmen och anslutningsspänningen vid en stabil hastighet.

Fördelar

A dvantages av en likströmsgenerator inkluderar följande.

• DC-generatorer genererar stor effekt.
• Terminalbelastningen för dessa generatorer är hög.
• Utformningen av likströmsgeneratorer är mycket enkel
• Dessa används för att generera ojämn uteffekt.
• Dessa överensstämmer extremt med 85-95%. Av effektivitetsbetyg
• De ger en pålitlig produktion.
• De är både lätta och kompakta.

Nackdelar

Nackdelarna med en likströmsgenerator inkluderar följande.

• DC-generator kan inte användas med en transformator
• Effektiviteten hos denna generator är låg på grund av många förluster som koppar, mekanisk, virvel, etc.
• Ett spänningsfall kan uppstå över långa avstånd
• Den använder en splitringskommutator så att den komplicerar maskindesignen
• Dyr
• Högt underhåll
• Gnistor genereras samtidigt som de genererar energi
• Mer energi går förlorat vid överföring

Tillämpningar av likströmsgeneratorer

Tillämpningarna av olika typer av likströmsgeneratorer inkluderar följande.

• Den separat upphetsade likströmsgeneratorn används för både boosting och galvanisering . Den används för kraft- och belysningsändamål med hjälp av en fältregulator
• Den självupphetsade likströmsgeneratorn eller shunt-likströmsgeneratorn används för ström liksom för vanlig belysning med hjälp av regulatorn. Den kan användas för batteribelysning.
• Serien DC-generator används i båglampor för belysning, stabil strömgenerator och booster.
• En sammansatt likströmsgenerator används för att tillhandahålla strömförsörjning för DC-svetsmaskiner.
• Nivå sammansatt DC generator används för att tillhandahålla en strömförsörjning för vandrarhem, loger, kontor etc.
• Över sammansättning används likströmsgenerator för att ersätta spänningsfallet i matare.

Således handlar det här om DC-generatorn . Från ovanstående information kan vi slutligen dra slutsatsen att de främsta fördelarna med likströmsgeneratorer inkluderar enkel konstruktion och design, den parallella driften är enkel och systemstabilitetsproblemen är mindre som generatorerna. Här är en fråga till dig, vilka är nackdelarna med likströmsgeneratorer?