ساخت یک مولد جریان مستقیم

تعریف ژنراتور دی‌سی

ژنراتور دی‌سی به عنوان دستگاه الکتریکی تعریف می‌شود که انرژی مکانیکی را به برق مستقیم (دی‌سی) تبدیل می‌کند. این ژنراتور بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می‌کند، وقتی رسانا در میدان مغناطیسی عبور می‌کند، اختلاف پتانسیل در رسانا ایجاد می‌شود که اگر به مدار بسته متصل شود، باعث جریان برق می‌شود.

ساختار ژنراتور دی‌سی

یوک

یوک معمولاً از آهن ریخته یا فولاد ریخته ساخته می‌شود، بسته به اندازه و وزن ژنراتور.

کاربرد یوک

فلوکس مغناطیسی تولید شده توسط پیچش میدان را منتقل می‌کند.

قطب‌های مغناطیسی و پیچش میدان

قطب‌های مغناطیسی و پیچش میدان قطعات ثابت ژنراتور دی‌سی هستند که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می‌کنند. آنها به داخل و خارج یوک پیچیده می‌شوند.

میله عمودی از فولاد لایه‌ای یا آهن یا فولاد صلب ساخته شده است. لایه‌بندی باعث کاهش زیان‌های جریان دوگردشی در قطب‌های مغناطیسی می‌شود. قطب‌ها برجسته هستند، یعنی از یوک به داخل برونشان می‌شوند.

آرماتور

آرماتور به عنوان بخش چرخان ژنراتور دی‌سی تعریف می‌شود که پیچش آرماتور را حمل می‌کند که در آن نیروی الکتروموتوری توسط میدان مغناطیسی القاء می‌شود. آن بر روی محوری که بین قطب‌ها چرخانده می‌شود نصب شده است.

هسته آرماتور از فولاد لایه‌ای با شیارهایی در سطح بیرونی آن ساخته شده است. این شیارها برای نگهداری رساناهای آرماتور جدا از یکدیگر و از هسته استفاده می‌شوند. لایه‌بندی باعث کاهش زیان‌های جریان دوگردشی در هسته می‌شود.

پیچش آرماتور با اتصال چندین کویل از سیم یا باند مسی عایق‌بندی شده در یک الگوی خاص تشکیل می‌شود. دو نوع پیچش آرماتور وجود دارد: پیچش لاپ و پیچش موجی.

پیچش لاپ: در این نوع پیچش، هر سر کویل به یک بخش مجاور کمونوتاتور و یک سر کویل دیگر در طرف همان آرماتور متصل می‌شود.

پیچش موجی: در این نوع پیچش، هر سر کویل به یک بخش کمونوتاتور که یک فاصله قطبی از بخش کمونوتاتور و به یک سر کویل دیگر در طرف دیگر آرماتور متصل می‌شود.

کمونوتاتور

کمونوتاتور یک دستگاه مکانیکی است که نیروی الکتروموتوری القاء شده در پیچش آرماتور را به ولتاژ دی‌سی در دو سر ترمینال بار تبدیل می‌کند. آن به عنوان یک مستقیم‌ساز برای تولید برق دی‌سی عمل می‌کند.

کمونوتاتور شامل بخش‌هایی به شکل کلینه‌ای از مس سخت یا مس ضربه‌ای است که از یکدیگر و از محور با نوارهای میکا عایق‌بندی شده‌اند. هر بخش از طریق یک ریزر یا اتصال‌دهنده به رسانه آرماتور متصل می‌شود.

بخش‌های کمونوتاتور به شکل استوانه‌ای در محور مرتب شده و با محور چرخانده می‌شوند. تعداد بخش‌ها بستگی به تعداد کویل‌ها در پیچش آرماتور دارد.

فرش الکتریکی

فرش‌ها از بلوک‌های کربن یا گرافیت ساخته شده‌اند که جریان را از بخش کمونوتاتور جمع‌آوری کرده و آن را به مدار خارجی منتقل می‌کنند. آنها همچنین تماس الکتریکی بین بخش‌های ثابت و چرخان ژنراتور را فراهم می‌کنند.

فرش‌ها در جعبه‌های مستطیلی به نام برگه‌های فرش که به یوک یا براکت محور متصل شده‌اند نگهداری می‌شوند. برگه فرش دارای فنری است که به فرش اجازه می‌دهد با فشار مناسبی به کمونوتاتور فشار داده شود. فرش باید در محلی روی کمونوتاتور قرار گیرد که جهت نیروی الکتروموتوری القاء شده در رسانه آرماتور تغییر می‌کند. این مکان‌ها به عنوان مناطق خنثی یا محورهای خنثی هندسی (GNA) شناخته می‌شوند.

لاشه

لاشه‌ها برای حمایت از محور چرخان ژنراتور و کاهش اصطکاک بین محور و قطعات ثابت استفاده می‌شوند. آنها همچنین اجازه می‌دهند که محور به صورت هموار و یکنواخت چرخانده شود.

برای ژنراتورهای کوچک، لاشه‌های کُره‌ای استفاده می‌شود زیرا آنها دارای اصطکاک کم و کارایی بالا هستند. برای ژنراتورهای بزرگ، لاشه‌های غلتکی استفاده می‌شود زیرا می‌توانند بارهای سنگین و ضربه‌ها را تحمل کنند.

لاشه‌ها باید به درستی روغن‌کاری شوند تا عملکرد هموار و عمر طولانی ژنراتور تضمین شود. روغن‌کاری می‌تواند از طریق حلقه‌های روغن، حمام‌های روغن، جام‌های چربی یا سیستم‌های روغن‌کاری اجباری انجام شود.

اصل کار

وقتی آرماتور در یک میدان مغناطیسی چرخانده می‌شود، نیروی الکتروموتوری در رسانه طبق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی القاء می‌شود.

نوع ژنراتور دی‌سی

ژنراتور دی‌سی تحریک‌شده به صورت جدا: در این نوع، پیچش تحریک توسط یک منبع برق دی‌سی مستقل خارجی مانند باتری یا ژنراتور دی‌سی دیگر تحریک می‌شود.

ژنراتور دی‌سی خود-تحریک‌شده: در این نوع، پیچش تحریک توسط ولتاژ تولید شده خود پس از مغناطیسی‌سازی اولیه از طریق مغناطیسی‌سازی باقی‌مانده تحریک می‌شود. سه زیرنوع وجود دارد: پیچش سری، پیچش تقسیم‌شده و پیچش ترکیبی.

ژنراتور دی‌سی با مغناطیس دائم: در این نوع، هیچ پیچش میدان مغناطیسی وجود ندارد، بلکه یک مغناطیس دائمی وجود دارد که فلوکس مغناطیسی ثابتی ارائه می‌دهد.

کاربردها

• شارژ باتری‌های خودرو، وارون‌کننده‌ها و پانل‌های خورشیدی.

• تغذیه موتورهای تراکشن برای خودروهای برقی، قطارها و کراین‌ها.

• تغذیه ماشین‌های دوگانه‌پوس، تجهیزات پوشش‌دهی الکتریکی و فرآیندهای الکترولیتی.

• ارائه برق به مناطق دورافتاده که انتقال برق متناوب عملی یا اقتصادی نیست.

• تغذیه برق به ماشین‌های و مدارهای AC برای تست.

نتیجه‌گیری

ژنراتور دی‌سی دستگاه مهمی برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی از طریق القای الکترومغناطیسی است. این ژنراتور دارای چندین مؤلفه مانند یوک، قطب، پیچش میدان، آرماتور، کمونوتاتور، فرش و لاشه است که با هم همکاری می‌کنند تا جریان مستقیم تولید کنند. ژنراتورهای دی‌سی می‌توانند بر اساس روش تحریک خود به انواع مختلف تقسیم شوند. ژنراتورهای دی‌سی کاربردهای متنوعی در زمینه‌های مختلف مانند شارژ باتری، تراکشن، دوگانه‌پوس، پوشش‌دهی الکتریکی، الکترولیز و تغذیه برق به مناطق دورافتاده دارند.