DC Generator Theory

DC Generator !! Basic concept !! (Kan 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

DC Generator Theory

DC elektriske kretser


Spørsmål 1

Generatorer som brukes i batteriladningssystemer må reguleres for ikke å overbelaste batteriet (e) de er tilkoblet. Her er en rå, relébasert spenningsregulator for en DC-generator:

Enkle elektromekaniske relékretser som dette var svært vanlige i automotive elektriske systemer i løpet av 1950-tallet, 1960-tallet og 1970-tallet. Det grunnleggende prinsippet som deres drift er basert på kalles negativ tilbakemelding : hvor et system tar tiltak for å motsette seg enhver endring i en viss variabel. I dette tilfellet er variabelen generatorens utgangsspenning. Forklar hvordan reléet fungerer for å forhindre at generatoren overbelaster batteriet med for stor spenning.

Avslør svar Skjul svar

Hvis batterispenningen blir overdreven, åpner reléet og deaktiverer feltviklingen. Når spenningene faller tilbake til et akseptabelt nivå, lukker reléet og aktiverer feltviklingen igjen slik at generatoren kan begynne å generere spenning igjen.

Utfordringsspørsmål: Hva må vi endre i denne kretsen for å endre generatorens spenningsreguleringspunkt ("mål" spenningen som generatorenes utgang skal reguleres av) "notater skjult"> Merknader:

Kretsen trukket her er svært lik ekte generator regulator kretser som brukes i amerikanske biler før advent av billig, pålitelig halvlederkretser. Jeg viser det her ikke bare for historisk bakgrunn, men også for å demonstrere hvor relativt urbane kretser fremdeles kan utføre visse oppgaver relativt bra.

"Negativ tilbakemelding" er en av de grunnleggende prinsippene for elektronikk og elektroteknikk. Et enkelt system som dette gir en god måte å forsiktig introducere studenter til dette vitale konseptet.

Spørsmål 2

En mekaniker har en ide for å oppgradere det elektriske systemet i en bil opprinnelig konstruert for 6 volt drift. Han ønsker å oppgradere 6 volt frontlykter, startmotor, batteri osv. Til 12 volt, men ønsker å beholde den opprinnelige 6 volt generatoren og regulatoren. Vist her er det originale 6 volt elektriske systemet:

Mekanikeren planlegger å erstatte alle 6 volt-belastningene med 12 volt belastning, og bruk to 6 volt-batterier koblet i serie, med den opprinnelige (6 volt) regulatorens sensorspenning over bare ett av disse batteriene:

Forklar hvordan dette systemet skal fungere. Tror du at mekanikerens plan er praktisk, eller er det noen problemer med det? # 2 "> Gi svar svar Skjul svar

Så lenge generatoren er i stand til å utgjøre 12 volt, vil dette systemet fungere!

Utfordringsspørsmål: Identifiser faktorer som kan hindre at generatoren springer ut nok spenning med regulatoren tilkoblet som vist i det siste diagrammet.

Merknader:

I dette spørsmålet ser vi en foreshadowing av op amp-teorien, med regulatorens negative tilbakemelding brukt på det som egentlig er en spenningsdeler (to likespenningsbatterier blir ladet av generatoren). Regulatorkretsen registrerer kun 6 volt, men generatoren utgir 12 volt.

I utgangspunktet er fokuset på dette spørsmålet negativt tilbakemelding og en av mange praktiske anvendelser innen elektroteknikk. Dybden du diskuterer dette konseptet vil variere avhengig av studentens beredskap, men det er noe du bør nevne minst under diskusjon om dette spørsmålet.

Denne ideen kom faktisk fra en av leserne til min lærebokserie

. Han prøvde å oppgradere et kjøretøy fra 12 volt til 24 volt, men prinsippet er det samme. En viktig forskjell i planen var at han fremdeles planla å ha 12 voltsbelastninger i kjøretøyet (instrumentbrettmålere, startspenning, etc.), med hele 24 volt som bare leverer høyeffektbelastningene (for eksempel forretten motor selv):

Som en utfordring for elevene dine, spør dem hvor godt de tror at dette systemet ville fungere. Det er litt mer komplekst enn systemet som vises i spørsmålet, på grunn av de to forskjellige lastbankene.

Spørsmål 3

Hvis en elektrisk strøm passerer gjennom denne ledningen, hvilken retning vil ledningen bli presset (ved samspillet mellom magnetfeltene) "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00382x01. png ">

Er dette et eksempel på en elektrisk motor eller en elektrisk generator ?

Avslør svar Skjul svar

Ledningen vil bli presset opp i dette motoreksemplet .

Merknader:

Et visuelt hjelpemiddel for å forstå samspillet mellom de to magnetfeltene er et diagram som viser fluxlinjene som kommer fra de permanente magneter, mot de sirkulære linjene av strømmen rundt ledningen. Spør de elevene som kom over lignende illustrasjoner i deres forskning for å tegne et bilde av dette på tavlen foran klassen, for de som ikke har sett det.

Spørsmål 4

Hvis denne ledningen (mellom magnetpolene) beveges i en oppadgående retning, vil hvilken spenningspolaritet indikere måleren?

Beskriv de faktorer som påvirker størrelsen på spenningen som frembringes ved bevegelse, og avgjør om dette er et eksempel på en elektrisk motor eller en elektrisk generator .

Avslør svar Skjul svar

Voltmåleren vil indikere en negativ spenning i dette generatoren eksempel.

Merknader:

Be elevene dine å forklare deres svar angående faktorer som påvirker spenningsstørrelsen. Hvor har de fått sin informasjon "panelet for panelpanelets standardpanel" på arbeidsarkpanelet?

Spørsmål 5

Hvis denne ledningen (mellom magnetpolene) beveges i en oppadgående retning, og ledningene er koblet til en motstandsbelastning, hvilken vei vil nå gå gjennom ledningen?

Vi vet at nåværende beveger seg gjennom en ledning vil skape et magnetfelt, og at dette magnetfeltet vil produsere en reaksjonsstyrke mot de statiske magnetfeltene som kommer fra de to permanente magneter. Hvilken retning vil denne reaksjonskraften skyve den nåværende bærende ledningen "# 5"> Avslør svar Skjul svar

Reaksjonskraften vil være direkte motsatt til bevegelsesretningen, som beskrevet av Lenzs lov.

Oppfølgingsspørsmål: Hva betyr dette fenomenet for oss om det enkelt å flytte en generator mekanisme under belastning, mot losset? Hvilken effekt har en elektrisk belastning på utgangsklemmene til en generator på den mekaniske innsatsen som trengs for å slå generatoren?

Merknader:

Hvis du har en stor, permanentmagnet DC-motor tilgjengelig i klasserommet ditt, kan du enkelt demonstrere dette prinsippet for elevene dine. Bare få dem til å rotere motorens aksel (generator) med hendene, med strømklemmene åpne mot forkortet sammen. Studentene dine vil legge merke til en stor forskjell i det enkle å vende mellom disse to statene.

Etter at elevene har hatt mulighet til å diskutere dette fenomenet og / eller oppleve det selv, spør dem hvorfor elektromekaniske meterbevegelsesprodusenter sender meter med en kortslutningstråd som forbinder de to meter terminaler sammen. På hvilken måte ligner en PMMC-målerbevegelse en elektrisk generator? Hvordan kan kortslutning av terminaler sammen bidra til å beskytte mot skade fra fysisk vibrasjon under frakt?

Be elevene dine om å beskrive hvilke faktorer som påvirker størrelsen på denne reaksjonsstyrken.

Spørsmål 6

Bestem polariteten av indusert spenning mellom endene av denne ledningen, da den roteres mellom de to magnetene:

Avslør svar Skjul svar

Utfordringsspørsmål: Hvis en motstand var koblet mellom enden av denne ledningen, ville det være likestrøm (DC) eller vekselstrøm (AC) "notater skjult"> Merknader:

Legg merke til at de to trådendene bytter polaritet når løkken roterer. Be elevene dine å forklare hvorfor polaritetene er som de er.

Spørsmål 7

Hvis enden av en ledning er festet til to halvcirkelformede metallstrimler, slik at de to strimlene nesten danner en fullstendig sirkel, og disse strimlene blir kontaktet av to "børster" som kobles til motstående poler på et batteri, hvilken polaritet av spenning måles når sløyfen roteres mot klokka?

Avslør svar Skjul svar

Oppfølgingsspørsmål: måler polariteten målt på de to karbonbørstene som er omvendt "notater skjult"> Merknader:

Spør elevene hva de to halvsirkelmetallbåndene heter, i elektrisk motor / generator terminologi.

Spørsmål 8

Hvordan relaterer Faradays lov om elektromagnetisk induksjon til spenningsutgangen til en likstrømsgenerator? Ifølge Faradays lov, hvilke faktorer kan vi endre for å øke spenningsutgangen av en DC-generator?

Avslør svar Skjul svar

Øk endringshastigheten ((dφ) / dt), eller øk antallet svinger i armaturviklingen.

Merknader:

Be elevene dine om å skrive ligningen for Faradays lov på tavlen, og analyser den deretter kvalitativt (med variabler som øker eller faller i verdi) for å validere svarene.

Det første svaret på dette spørsmålet (økning ((dφ) / dt)) har blitt formålet vakt, for å få studentene til å tenke. Hva som spesielt må endres for å øke denne forandringshastigheten over tid? Hvilke virkelige variabler kan byttes etter at generatoren er produsert, og hvilke er det ikke?

Spørsmål 9

DC-generatorer vil fungere som likestrømsmotorer hvis de er koblet til en likestrømskilde og ikke spunnet i tilstrekkelig hastighet. Dette er et problem i likestrømssystemer, da generatoren vil fungere som en belastning, som trekker energi fra batteriet, når motoren eller andre "prime mover" -enheten slutter å bevege seg. Denne enkle generatoren / batterikretsen, for eksempel, ville ikke være praktisk av denne grunn:

Tidligere da biler brukte DC-generatorer til å lade opp batteriene, var det nødvendig med et spesielt relé som kalles omvendt strømutkoblingsrelé for å forhindre at batteriet utlades gjennom generatoren når motoren ble slått av:

Når generatoren er spunnet fort nok, genererer den nok spenning for å aktivere shunt-spolen med nok strøm for å lukke relékontakten. Dette kobler generatoren med batteriet, og ladestrømmen strømmer gjennom seriespolen, noe som skaper enda mer magnetisk tiltrekning for å holde relékontakten lukket. Hvis batteriet når full ladning og ikke trekker mer ladestrøm fra generatoren, vil reléet fortsatt forbli lukket fordi shunt-spolen fortsatt er aktivert.

Relékontakten vil imidlertid åpne hvis generatoren noen gang begynner å fungere som en last på batteriet, og tegner hvilken som helst strøm fra den. Forklar hvorfor dette skjer.

Avslør svar Skjul svar

Hvis en omvendt strøm går gjennom seriens spole, vil det magnetiske felt som produseres, "bukke" magnetfeltet som produseres av shunt-spolen, og dermed svekke den totale magnetfeltstyrken som trekker ved reléets armatur.

Merknader:

Et relé med "revers current cutout" utnytter genialt reversible magnetiske polariteter for å lukke eller åpne en kontakt under de rette forhold. Selv om likstrømsgeneratorer ikke lenger brukes i de fleste bil-elektriske systemer (vekselstrømsgeneratorer som bruker broens likerettere for å konvertere vekselstrøm til likestrøm, brukes i stedet, med likningskretsen som naturlig hindrer omvendt strøm), gir dette programmet en utmerket mulighet til å utforske en applikasjon av relé teknologi i sammenheng med generator kontroll.

Spørsmål 10

En shunt-sår generator har en elektromagnet "felt" vikling som gir det stasjonære magnetfeltet der armaturen roterer:

Som alle elektromagneter er magnetfeltstyrken som produseres, direkte i forhold til mengden strøm gjennom trådspolen. Men når generatoren sitter stille, er utgangsspenningen nul, og derfor vil det ikke være strøm gjennom feltviklingen for å aktivere den og produsere et magnetfelt for ankeret å rotere gjennom. Dette forårsaker et problem, siden armaturen ikke vil ha noen spenning indusert i dets viklinger til den roterer og den har et stasjonært magnetfelt fra feltviklingen for å rotere gjennom.

Det ser ut som om vi har en fangst-22-situasjon her: generatoren kan ikke sende ut en spenning til feltviklingen er aktivert, men feltviklingen vil ikke bli aktivert før generatoren (anker) utsender noe spenning. Hvordan kan denne generatoren noensinne begynne å utløse spenning, gitt dette problemet? # 10 "> Gi svar Svar Skjul svar

Vanligvis er det nok gjenværende magnetisme igjen i feltpolene for å starte noen generatoraktivitet når den blir dreid.

Utfordringsspørsmål: Hva kan vi gjøre hvis generatorens feltpoler helt og holdent mistet sin gjenværende magnetisme? Hvordan kunne generatoren noensinne bli startet?

Merknader:

Tilbake i dagene da generatorer var vanlige i elektriske bilsystemer, pleide dette å være et ganske vanlig problem. Generatorer kan imidlertid bli "blinket" for å gjenopprette dette gjenværende magnetfeltet igjen.

Spørsmål 11

I en DC-generator med shunt-sår er utgangsspenningen bestemt av armaturens rotasjonshastighet og tettheten til den stasjonære magnetfeltflussen. For en gitt armaturhastighet forhindrer det utgangsspenningen fra å løpe bort til uendelige nivåer, siden utgangsspenningen aktiverer feltviklingen, noe som fører til større feltflux, noe som fører til større utgangsspenning, noe som fører til større feltflux, som leder til . . . ?

Tydeligvis må det være noen iboende grense for denne ellers onde syklusen. Ellers vil utgangsspenningen til en shunt-såret DC-generator være helt ustabil.

Avslør svar Skjul svar

Ved en viss grad av feltviklingsstrøm, mates generatorens feltpoler, og forhindrer ytterligere økning i magnetisk strømning.

Merknader:

Dette spørsmålet gir en flott mulighet til å gjennomgå begrepet magnetisk "metning", samt introdusere konstruksjonskonceptet med positiv tilbakemelding .

Spørsmål 12

Med hensyn til en likstrømsgenerator, hva er det nøytrale planet "# 12"> Reveal svar Skjul svar

Det "nøytrale planet" er det rotasjonspunktet hvor en roterende armaturvikling ikke har innusert spenning i den, på grunn av ((dφ) / dt) som er lik null. I en enkel topolet maskin er det nøytrale planet vinkelrett på feltlinjens midtlinje:

Merknader:

Spør elevene hvorfor "nøytralt fly" er et viktig aspekt av en DC-generator eller motorens geometri. Hvilken relasjon har det nøytrale planet med hensyn til penselposisjonering "panelpanelets standardpanel" på arbeidsarkpanelet>

Spørsmål 13

Anta at en generator er koblet mekanisk til en forbrenningsmotor i en bil, med det formål å lade startbatteriet. For at batteriet ikke skal være overladet av generatoren, må det være noen måte å kontrollere generatorens utgangsspenning over et bredt spekter av motorhastigheter.

Hvordan oppnås denne reguleringen av generatorens utgangsspenning vanligvis? Hvilken variabel i generatoren kan lettest justeres for å opprettholde en nesten konstant utgangsspenning? Gi uttrykk for ditt svar i forhold til Faradays lov om elektromagnetisk induksjon.

Avslør svar Skjul svar

Den vanligste metoden for generator spenningsregulering er justering av feltviklings excitasjon.

Merknader:

Selv om justerbar feltviklings excitasjon er den mest populære formen for generatorutgangsspenningsstyring, er det ikke det eneste middelet. Utfordre elevene dine med å finne ut andre metoder for ladestyring for batteriet i dette elektriske bilsystemet, i tillegg til feltviklings exciteringskontroll. Hva mer kan vi gjøre med generatoren, eller til kretsen det er innenfor, for å oppnå ladestyring for batteriet?

Spørsmål 14

I de fleste kraftig likstrømsgenerator og motordesign er ledningen som brukes til å lage feltviklingen, mye tynnere målere enn ledningen som brukes til å lage armaturviklingen. Dette indikerer den relative størrelsen av strøm gjennom disse respektive viklinger, med armaturspolene som utfører mye mer strøm enn feltspolene.

At armaturen utfører mer strøm enn feltet, er ikke noe mindre, for all strøm gjennom armaturen må gjennomføres gjennom børster og kommutatorstenger. Jo mer nåværende disse komponentene må bære, jo kortere er livet, alle andre faktorer er like.

Kunne ikke generatoren bli omformet slik at feltet utførte det meste av gjeldende, med armaturen bare å utføre en liten mengde? På denne måten bør børster og kommutatorstenger bare bære en brøkdel av sin normale strøm, noe som gjør dem billigere og mer levetid. Forklar hvorfor dette er umulig å gjøre.

Hint: vurdere utformingen av en permanentmagnetgenerator.

Avslør svar Skjul svar

Det er umulig for feltviklingen å utføre mer strøm enn armaturen i en fungerende DC-generator, fordi armaturen må være kilden til elektrisk kraft, mens feltet bare er en belastning .

Merknader:

Å være at børsten og kommutatorens slitasje er hovedårsaken til at vekselstrømsmotorer og generatorer er begunstiget over likestrøm, noe som muligens kan redusere slitasje på DC-motor eller generatorbørster, er verdt å vurdere. Imidlertid vil ideen som foreslås i dette spørsmålet aldri fungere. Dette er ikke nødvendigvis et enkelt spørsmål å svare, da det tester studentens forståelse av generatorteori. Hinten gitt i spørsmålet ("betrakt en permanentmagnetgenerator") er ment å tvinge elevene til å forenkle problemet ved å vurdere en arbeidsgenerator-design som bare har en svingning (ankeret). Ved å forenkle problemet på denne måten, bør elevene se at armaturviklingen må bære størstedelen av strømmen i en DC-generator.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Neste regneark →