Теория на генератора на постоянен ток

Генератор переменного тока (Юли 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Теория на генератора на постоянен ток

DC електрически вериги


Въпрос 1

Генераторите, използвани в системите за зареждане на акумулатори, трябва да бъдат регулирани така, че да не претоварват батерията (ите), към която са свързани. Ето един суров релеен регулатор на напрежението за генератор на постоянен ток:

Обикновените електромеханични релейни вериги като този бяха много чести в автомобилните електрически системи през 50-те, 60-те и 70-те години. Основният принцип, на който се основава тяхната работа, се нарича отрицателна обратна връзка : когато дадена система предприема действия, за да се противопостави на всяка промяна в определена променлива. В този случай променливата е изходното напрежение на генератора. Обяснете как работи релето, за да предотвратите претоварването на батерията с прекомерно напрежение.

Открий отговор Открий отговора

Ако напрежението на акумулаторната батерия стане прекомерно, релето се отваря и изключва намотката на полето. Когато напреженията се понижат до приемливо ниво, релето отново се затваря и отново задейства намотката на полето, така че генераторът да може отново да генерира напрежение.

Въпрос към предизвикателството: какво би трябвало да променим в тази схема, за да променим зададената точка за регулиране на напрежението на генератора ("целевото" напрежение, при което продукцията на генератора трябва да бъде регулирана) "бележки скрити"> Забележки:

Посочената схема е много подобна на реалните генераторни регулатори, използвани в американските автомобили преди появата на евтини и надеждни полупроводникови вериги. Показвам го тук не само за исторически контекст, но и за да покажа как относително суровите вериги все още могат да изпълняват определени задачи сравнително добре.

"Отрицателна обратна връзка" е един от основните принципи на електрониката и електротехниката. Една проста система като тази осигурява добър начин леко да запознаете студентите с тази жизненоважна концепция.

Въпрос 2

Механикът има идея за модернизиране на електрическата система в автомобил, първоначално проектиран за работа с 6 волта. Той иска да надстрои 6-волтовите фарове, стартерния двигател, батерията и т.н. до 12 волта, но желае да запази оригиналния 6-волтов генератор и регулатор. Показано тук е оригиналната 6-волтова електрическа система:

Планът на механика е да замени всички 6-волтови натоварвания с 12-волтови натоварвания и да използва две 6-волтови батерии, свързани в серия, като оригиналният (6-волтов) регулатор усеща напрежението само в една от тези батерии:

Обяснете как се очаква тази система да работи. Смятате ли, че планът на механика е практичен или има някакви проблеми с него "# 2"> Откриване на отговор Скриване на отговор

Докато генераторът може да изведе 12 волта, тази система ще работи!

Въпрос към предизвикателството: идентифицирайте факторите, които могат да попречат на генератора да изведе достатъчно напрежение с регулиращия елемент, свързан, както е показано на последната диаграма.

Забележки:

В този въпрос виждаме предсказване на оп-усилвателната теория, като отрицателната обратна връзка на регулатора се прилага към това, което по същество е разделител на напрежението (две батерии с еднакво напрежение се зареждат от генератора). Регулаторната верига усеща само 6 волта, но генераторът извежда 12 волта.

По принцип фокусът на този въпрос е отрицателната обратна връзка и едно от многобройните практически приложения в електротехниката. Дълбочината, в която обсъждате тази концепция, ще варира в зависимост от готовността на учениците, но това е нещо, което най-малко трябва да споменавате по време на дискусията по този въпрос.

Тази идея всъщност дойде от един от читателите на серията ми учебници

, Той се опитва да надстрои превозно средство от 12 волта до 24 волта, но принципът е същият. Важна разлика в плана му беше, че той все още планира да има 12-волтова натоварване в автомобила (таблото за измерване на таблото, стартовия соленоид и т.н.), като пълните 24 волта доставят само високомощни натоварвания (като стартер самия мотор):

Като предизвикателство за вашите студенти, попитайте ги колко добре смятат, че тази система ще работи. Това е малко по-сложно от системата, показана във въпроса, поради двете различни банки за натоварване.

Въпрос 3

Ако през този проводник се премине електрически ток, в коя посока ще бъде натиснат жилата (чрез взаимодействие на магнитните полета) "/ / www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00382x01. PNG ">

Това ли е пример за електродвигател или електрически генератор ?

Открий отговор Открий отговора

В този пример на двигателя ще бъде натиснат проводникът.

Забележки:

Визуална помощ за разбирането на взаимодействието на двете магнитни полета е диаграма, показваща линиите на потока, излъчвани от постоянните магнити, спрямо кръговите линии на потока около жицата. Посъветвайте се с тези ученици, които са срещнали подобни илюстрации в изследванията си, за да направят снимка на това на борда пред класа, за тези, които не са го виждали.

Въпрос 4

Ако този проводник (между магнитните стълбове) се премества в посока нагоре, каква полярност на напрежението ще индикира?

Опишете факторите, влияещи върху големината на напрежението, предизвикано от движението, и определете дали това е пример за електродвигател или електрически генератор .

Открий отговор Открий отговора

Волтметърът ще покаже отрицателно напрежение в този пример за генератор .

Забележки:

Помолете студентите си да обяснят отговорите си относно факторите, които влияят върху големината на напрежението. Откъде са получили информацията си "панел на работния панел панел на панела по подразбиране" itemscope>

Въпрос 5

Ако този проводник (между магнитните стълбове) се движи в посока нагоре и краищата на кабелите са свързани с резистивен товар, по какъв начин токът ще премине през жицата?

Знаем, че токът, движещ се по тел, ще създаде магнитно поле и че това магнитно поле ще доведе до реактивна сила срещу статичните магнитни полета, идващи от двата постоянни магнита. В коя посока тази сила на реакцията ще натисне проводника, носещ ток "# 5"> Откриване на отговор Скриване на отговор

Силата на реакцията ще бъде пряко противоположна на посоката на движение, както е описано от Закона на Ленц.

Следващ въпрос: Какво ни показва това явление за лекотата на придвижване на генераторния механизъм под натоварване, срещу разтоварване? Какъв ефект оказва поставянето на електрическо натоварване върху изходните клеми на генератора върху механичното усилие, необходимо за завъртане на генератора?

Забележки:

Ако се случи да имате голям DC мотор с постоянни магнити в класа си, лесно можете да демонстрирате този принцип за вашите ученици. Просто ги накарайте да въртят вала на двигателя (генератора) с ръцете си, а отворите за захранване се отварят срещу късо. Вашите ученици ще забележат огромна разлика в лекотата на обръщане между тези две държави.

След като учениците ви имат възможността да обсъдят това явление и / или да го изпитат сами, попитайте ги защо производителите на електромеханични измервателни прибори обикновено изпращат електромери с кабел за късо съединение, свързващ двата терминала на метър заедно. По какъв начин движението на брояча на PMMC прилича на електрически генератор? Как повреждането на терминалите заедно спомага за предпазване от повреда от физически вибрации по време на доставката?

Помолете учениците си да опишат какви фактори влияят върху размера на тази реактивна сила.

Въпрос 6

Определете полярността на индуцираното напрежение между краищата на този проводник, тъй като той се завърта между двата магнита:

Открий отговор Открий отговора

Въпрос на предизвикателство: ако резистор са били свързани между краищата на тази телена линия, би било постоянен ток (DC), или променлив ток (AC) "бележки скрити"> Забележки:

Обърнете внимание, че полюсът на двата края на кабела завърта веригата. Помолете учениците си да обяснят защо полярностите са такива, каквито са.

Въпрос 7

Ако краищата на телена бримка са прикрепени към две полукръгли метални ленти, разположени така, че двете ленти почти образуват пълен кръг и тези ленти са в контакт с две "четки", които се свързват към противоположните полюси на батерията, каква полярност от напрежението ще се измерва, когато цикълът е завъртян обратно на часовниковата стрелка?

Открий отговор Открий отговора

Следващ въпрос: дали измерената полярност при двата въглеродни четки някога се върти "бележките са скрити"> Забележки:

Попитайте учениците си как се наричат ​​двете полукръгли метални ленти в терминологията на електродвигателя / генератора.

Въпрос 8

Как действа законът на Фарадей за електромагнитна индукция за напрежението на генератора за постоянен ток? Според факта на Фарадей, какви фактори можем да променим, за да увеличим изхода на напрежението чрез генератор за постоянен ток?

Открий отговор Открий отговора

Увеличете скоростта ((dφ) / dt) или увеличете броя на завъртанията в намотката на котвата.

Забележки:

Помолете учениците си да напишат уравнението за Фарадейския закон на дъската и след това да го анализират в качествен смисъл (с променливи, които увеличават или намаляват стойността), за да потвърдят отговорите.

Първият отговор на този въпрос (увеличение ((dφ) / dt) е оставен целенасочено неясен, за да накара учениците да мислят. Какво точно трябва да се промени, за да се увеличи този процент на промяната във времето? Кои променливи в реалния свят се променят след производството на генератора и кои не са?

Въпрос 9

DC генераторите ще действат като DC мотори, ако са свързани към източник на постоянен ток и не се въртят с достатъчна скорост. Това е проблем в системите за захранване с постоянен ток, тъй като генераторът ще действа като товар, изтегляйки енергията от акумулатора, когато двигателят или друго "първокласно" устройство спре да се движи. Този прост генератор / акумулаторна верига, например, не би бил практичен поради тази причина:

В дните, когато автомобилите използват DC генератори за зареждане на батериите, е необходимо специално реле, наречено реле за изключване на обратния ток, за да се предотврати изпускането на батерията през генератора, когато двигателят е изключен:

Когато генераторът се завърти достатъчно бързо, той генерира достатъчно напрежение, за да захрани бобината с достатъчно ток, за да затвори релейния контакт. Това свързва генератора с батерията и зареждащият ток преминава през серийната бобина, създавайки още по-голяма магнитна атракция за задържане на затворения контакт на релето. Ако батерията достигне пълно зареждане и не извлича повече зареждащ ток от генератора, релето ще остане затворено, защото бобината на бобината все още е заредена.

Релейният контакт обаче ще се отвори, ако генераторът някога започне да действа като натоварване на батерията, като извлича от нея ток. Обяснете защо това се случва.

Открий отговор Открий отговора

Ако обратният ток преминава през серийната бобина, полученото магнитно поле ще "потиска" магнитното поле, произведено от бобината, като по този начин ще отслаби общото напрежение на магнитното поле, издърпващо при арматурата на релето.

Забележки:

Изключващо реле за "реверсивен ток" разумно използва реверсивни магнитни поляризации за затваряне или отваряне на контакт при подходящи условия. Въпреки че DC генераторите вече не се използват в по-голямата част от автомобилните електрически системи (вместо това се използват алкални генератори, използващи мостови токоизправители за преобразуване на променлив ток в постоянен ток, тъй като токоизправителният кръг естествено възпрепятства обратния ток), това приложение осигурява отлична възможност за изследване на приложението на релейна технология в контекста на управлението на генератора.

Въпрос 10

Шунтовият генератор има електромагнитно "полево" намотване, осигуряващо неподвижно магнитно поле, в което се завърта арматурата:

Подобно на всички електромагнити, произведената сила на магнитното поле е пряко пропорционална на количеството на тока през телената бобина. Но когато генераторът стои неподвижен, изходното му напрежение е нулево и следователно няма да има ток през намотката на полето, за да го захранва и да произведе магнитно поле, за да може арматурата да се завърти. Това предизвиква проблем, тъй като арматурата няма да има напрежение, предизвикано в намотките си, докато не се върти и има неподвижно магнитно поле от намотката на полето, за да се завърти.

Изглежда, че тук имаме ситуация за улов -22: генераторът не може да изведе напрежение, докато неговата намотка не се задейства, но нейната намотка в полето няма да бъде заредена докато генераторът (арматурата) не изведе някакво напрежение. Как може този генератор някога да започне да изходно напрежение, предвид тази ситуация "# 10"> Откриване на отговор Скриване на отговор

Обикновено остава достатъчно остатъчен магнетизъм в полевите полюси, за да се инициира някакво действие на генератора, когато се завърти.

Въпрос към предизвикателството: какво бихме могли да направим, ако полетата на генератора някога напълно загубят остатъчния си магнетизъм? Как би могъл генераторът да започне някога?

Забележки:

Още в дните, когато генераторите се срещаха често в автомобилните електрически системи, това беше доста често срещан проблем. Генераторите обаче биха могли да "светнат", за да възстановят отново остатъчното магнитно поле.

Въпрос 11

В генератор с DC шинтове, изходното напрежение се определя от скоростта на въртене на арматурата и плътността на неподвижния поток от магнитно поле. За дадена скорост на арматурата това, което предпазва изходното напрежение от "бягане" до безкрайни нива, тъй като изходното напрежение захранва намотката на полето, което води до по-голям полев поток, което води до по-голямо изходно напрежение, което води до по- което води до .,, ?

Очевидно трябва да има някаква присъща граница на този по друг порочен кръг. В противен случай, изходното напрежение на генератор с DC шинтове би бил напълно нестабилен.

Открий отговор Открий отговора

При определено количество навигационен ток в полето, полюсите на генератора насищат, предотвратявайки по-нататъшно увеличаване на магнитния поток.

Забележки:

Този въпрос предоставя чудесна възможност да преразгледате концепцията за магнитно "насищане", както и да въведете концепцията за позитивна обратна връзка .

Въпрос 12

По отношение на DC електрически генератор, каква е неутралната равнина "# 12"> Откриване на отговор Скриване на отговор

"Неутралната равнина" е точката на въртене, където завъртащата се намотка на котвата няма индуцирано напрежение в нея, поради ((dφ) / dt) да е равна на нула. В проста, двуполюсна машина неутралната равнина е перпендикулярна на централната линия на полевите полюси:

Забележки:

Попитайте учениците си защо "неутралната равнина" е важен аспект на DC генератора или геометрията на двигателя. Каква е връзката на неутралната равнина по отношение на позиционирането на четката "панел на работния панел на панела с панел по подразбиране" itemscope>

Въпрос 13

Представете си, че генераторът е механично свързан с двигател с вътрешно горене в автомобил, за да зареди зареждащата батерия. За да не се натовари батерията с генератора, трябва да има някакъв начин да се контролира изходното напрежение на генератора в широк диапазон от скорости на двигателя.

Как се постига това регулиране на изходното напрежение на генератора? Каква променлива в генератора може да бъде най-лесно регулирана, за да поддържа почти постоянно изходно напрежение? Изразете отговора си във връзка със Закона за електромагнитна индукция на Фарадей.

Открий отговор Открий отговора

Най-често срещаният метод за регулиране на напрежението на генератора е регулирането на възбуждането на намотката в полето.

Забележки:

Въпреки, че регулируемото възбуждане на полето е най-популярната форма на управление на изходното напрежение на генератора, това не е единственото средство. Предизвикайте учениците си да измислят и други начини за управление на зареждането на батерията в тази автомобилна електрическа система, освен управлението на възбуждането на намотките в полето. Какво друго можем да направим с генератора или с веригата в него, за да се постигне контрол на зареждането на батерията?

Въпрос 14

В повечето DC генератори с висока мощност и моторни конструкции, телта, използвана за направата на намотката в полето, е много по-тънка габаритна от тази на тел, използвана за навиване на котвата. Това показва относителната величина на тока през тези съответни намотки, а алуминиевите бобини проводят много по-ток от полевите бобини.

Това, че арматурата извършва повече ток от полето, не е малка материя, защото целият ток през арматурата трябва да се осъществява през четките и котвите. Колкото по-актуални са тези компоненти, толкова по-кратък е техният живот, всички други фактори са еднакви.

Не можа ли генераторът да бъде преработен така, че полето да извършва по-голямата част от тока, а арматурата да извършва само малка сума? По този начин четките и котвите ще трябва само да носят част от нормалното си ток, което ги прави по-евтини и по-дълготрайни. Обяснете защо това е невъзможно.

Съвет: разгледайте дизайна на генератор с постоянен магнит.

Открий отговор Открий отговора

Невъзможно е намотката в полето да води по-голям ток от арматурата в работещ DC генератор, защото арматурата трябва да бъде източник на електричество, докато полето е само товар .

Забележки:

Тъй като износването на четката и комутатора е основната причина AC двигателите и генераторите да са облагодетелствани над DC, всяка идея, която потенциално може да намали "износването" на DC мотора или генераторните четки, си заслужава да бъде разгледана. Но идеята, предложена в този въпрос, никога няма да работи. Това не е непременно лесен въпрос за отговор, тъй като тества теоретичното разбиране на теорията на генераторите от страна на учениците. Указанието, дадено във въпроса ("разглеждайте генератора с постоянен магнит") има за цел да принуди студентите да опростят проблема, като обмислят работещ генераторен дизайн, който има само една намотка (арматура). Чрез опростяване на проблема по този начин, студентите трябва да видят, че намотката на арматурата трябва да носи по-голямата част от тока в DC генератор.

  • ← Предишен работен лист

  • Индекс на работни листове

  • Следващ работен лист →