Konstruktion af en DC-generator
Definition af DC-generator
En DC-generator er defineret som et elektrisk enhed, der omdanner mekanisk energi til direkte strøm (DC). Den fungerer ifølge princippet om elektromagnetisk induktion, når en ledning passerer gennem et magnetfelt, opretter det en spændingsforskel i ledningen, hvilket, hvis den er forbundet til en lukket kredsløb, forårsager, at en strøm flyder.
Struktur af DC-generator
Yoke
Yoken er normalt lavet af støbejern eller støbe-stål, afhængigt af generatorens størrelse og vægt.
Brug af yoke
Det holder generatorens magnetiske poler på plads og fungerer som et beskyttende dæk for maskinen.
Det bærer det magnetiske flux, der produceres af feltindviklingen.
Magnetiske poler og feltindvikling
De magnetiske poler og feltindviklingen er de statiske komponenter i en DC-generator, der genererer det hovedmagnetiske felt i maskinen. De er fastgjort indvendigt og udvendigt på yoken.
Den lodrette stang er lavet af lamineret stål eller solidt støbejern eller stål. Lamination reducerer eddystrømstaber i de magnetiske poler. Polerne er fremstødende, hvilket betyder, at de står udad fra yoken.
Armatur
Armaturen er defineret som den roterende del af en DC-generator, der bærer armaturendviklingen, hvor den elektromagnetiske kraft induceres af det magnetiske felt. Den er monteret på en akse, der roterer mellem polerne.
Armaturekernen er lavet af lamineret stål med riller på dens yderside. Disse riller bruges til at holde armaturelederne isoleret fra hinanden og fra kernen. Lamination reducerer eddystrømstaber i kernen.
Armaturendvikling dannes ved at forbinde flere spoler af isoleret kobbertråd eller -bånd i et bestemt mønster. Der findes to typer armaturendvikling: lap-winding og wave-winding.
Lap-winding: I denne type vindning er hver spoles ende forbundet til en nabos kommutorsegment og en anden spoles ende på samme side af armaturen.
Wave-winding: I denne type vindning er hver spoles ende forbundet til et kommutorsegment, der ligger én poleafstand væk fra kommutorsegmentet, og forbundet til en anden spoles ende på den anden side af armaturen.
Kommutor
En kommutor er en mekanisk enhed, der omdanner den AC-elektromagnetiske kraft, der induceres i armaturendviklingen, til DC-spænding ved begge ender af belastningskontakten. Den fungerer som en rettifer for DC-strømfremstilling.
Kommutorbestår af klodsformede segmenter af hårdtrukket eller fall-hammeret kobber, der er isoleret fra hinanden og fra aksen ved mica-blade. Hvert segment er forbundet til armaturelederen via en riser eller forbindelse.
Kommutorsegmenterne er arrangeret i en cylindrisk form på aksen og roterer med aksen. Antallet af segmenter afhænger af antallet af spoler i armaturendviklingen.
Elektrisk pensel
Pensler er lavet af kul- eller grafittiblokke, der samler strøm fra kommutorsegmentet og transmitterer den til en ekstern kredsløb. De giver også elektrisk kontakt mellem de statiske og roterende dele af generatorn.
Pensler er placeret i rektangulære bokse kaldet penselbrædder, som er fastgjort til yoken eller lejerbrædder. Penselholderen har en fjeder, der tillader, at penslen trykkes mod kommutor med passende pres. Penslen skal placeres på kommutor, hvor den inducerede elektromagnetiske kraft i armaturelederen ændrer sin retning. Disse placeringer kaldes neutrale zoner eller geometriske neutrale akser (GNA).
Lejer
Lejer anvendes til at støtte generatorens roterende akse og reducere friktion mellem aksen og de statiske komponenter. De tillader også, at aksen roterer jævnt og ensartet.
For små generatorer anvendes kuglelejer, da de har lav friktion og høj effektivitet. For store generatorer anvendes rullelejer, da de kan udstå tunge belastninger og skok.
Lejer skal være korrekt smurt for at sikre jævn drift og lang levetid for generatorn. Smøring kan foregå gennem olie-ringe, olie-både, fedtkoppe eller tvungen smøresystemer.
Arbejdsmåde
Når armaturen roterer i et magnetfelt, inducerer det en elektromagnetisk kraft i ledningen ifølge Faradays lov om elektromagnetisk induktion.
Type af DC-generator
Individuelt ansporet DC-generator: I denne type bliver spolen ansporet af en selvstændig ekstern DC-strømkilde, såsom en batteri eller en anden DC-generator.
Selv-ansporet DC-generator: I denne type bliver spolen ansporet af sin egen genererede spænding efter initial magnetisering gennem residualmagnetisme. Der er tre under-typer: serie-indvikling, split-indvikling og kombineret indvikling.
Permanentmagnetisk DC-generator: I denne type er der ingen magnetfeltspole, men et permanent magnet, der leverer en konstant magnetisk flux.
Anvendelse
Opladning af batterier til biler, invertere og solceller.
Strømforsyning til traktionmotorer for elbiler, tog og krafter.
Strømforsyning til bue-sværds maskiner, galvanoplateringsudstyr og elektrolyseprocesser.
Forsyning af strøm til fjerne områder, hvor AC-overførsel ikke er mulig eller økonomisk.
Strømforsyning til test af AC-maskiner og kredsløb.
Konklusion
DC-generator er en vigtig enhed til omdannelse af mekanisk energi til elektrisk energi gennem elektromagnetisk induktion. Den har flere komponenter, såsom yoke, pol, feltindvikling, armatur, kommutor, pensel og lejer, der sammen arbejder for at producere direkte strøm. DC-generatore kan inddeles i forskellige typer ifølge deres ansporende metode. DC-generatorer har mange anvendelsesområder i forskellige felter, såsom batteriopladning, traction, sværdsarbejde, galvanoplatering, elektrolyse og fjernestrømforsyning.
