Konstruksjon av en DC-generator
Definisjon av DC-generator
En DC-generator er definert som et elektrisk enhet som konverterer mekanisk energi til direkte strøm (DC). Den fungerer ifølge prinsippet om elektromagnetisk induksjon, når en ledning passerer gjennom et magnetfelt, oppstår det en spenning i ledningen, som, hvis den er koblet til et lukket sirkuit, fører til at en strøm flyter.
Struktur av DC-generator
Yoke
Yoken er vanligvis laget av støpejern eller støpestål, avhengig av størrelsen og vekten på generatoren.
Bruk av yoke
Den holder de magnetiske polene på generatoren på plass og fungerer som en beskyttende deksel for maskinen.
Den bærer det magnetiske fluks som produseres av feltvindingen.
Magnetiske poler og feltvindinger
De magnetiske polene og feltvindingene er de statiske komponentene i en DC-generator som genererer hovedmagnetfeltet i maskinen. De er festet til innsiden og utsiden av yoken.
Den vertikale stangen er laget av laminert stål eller fast støpestål eller stål. Laminering reduserer eddystrømtap i de magnetiske polene. Polene er utstikkende, det vil si at de utstikker innover fra yoken.
Armatur
Armaturen er definert som den roterende delen av en DC-generator som bærer armaturvindingen, der det elektromotivt spenning induseres av magnetfeltet. Den er montert på en akse som roterer mellom polene.
Armaturekjernen er laget av laminert stål med riller på dens ytre overflate. Disse rillene brukes til å holde armaturelederne isolert fra hverandre og fra kjernen. Laminering reduserer eddystrømtap i kjernen.
Armaturvinding dannes ved å koble flere spoler av isolert kobbertråd eller bånd i et spesifikt mønster. Det finnes to typer armaturvinding: lapvinding og bølgemønster-vinding.
Lapvinding: I denne typen vinding er hver spoleende koblet til en nabo kommutatorsegment og en annen spoleende på samme side av armaturen.
Bølgemønster-vinding: I denne typen vinding er hver spoleende koblet til et kommutatorsegment som er én poleavstand unna kommutatorsegmentet og koblet til en annen spoleende på den andre siden av armaturen.
Kommutator
En kommutator er en mekanisk enhet som konverterer den AC-elektromotivt spenning indusert i armaturvindingen til DC-spenning på begge ender av belastningskontaktene. Den fungerer som en rettifier for DC-strømproduksjon.
Kommutatoren består av skjøvetformede segmenter av hardtrekt eller fallskjøvet kobber som er isolert fra hverandre og fra aksen ved hjelp av mikaark. Hvert segment er koblet til armaturelederen via en riser eller kobler.
Kommutatorens segmenter er organisert i en sylindrisk form på aksen og roterer med aksen. Antallet av segmenter avhenger av antallet av spoler i armaturvindingen.
Elektrisk pensel
Pensler er laget av karbon eller grafittblokker som samler strøm fra kommutatorsegmentet og transmitterer den til et eksternt sirkuit. De gir også elektrisk kontakt mellom de statiske og roterende delene av generatoren.
Pensler er plassert i rektangulære bokser kalt penselholdere, som er festet til yoken eller leddstøtte. Penselholderen har en fjær som tillater penselen å presses mot kommutatoren med passende trykk. Penslen skal plasseres på kommutatoren der den induserte elektromotivt spenning i armaturelederen endrer sin retning. Disse plassene kalles nøytralzoner eller geometriske nøytrale akser (GNA).
Ledd
Ledder brukes for å støtte den roterende aksen av generatoren og redusere friksjon mellom aksen og de statiske komponentene. De lar også aksen rotere jevnt og stabilisert.
For små generasjoner brukes kugleledd fordi de har lav friksjon og høy effektivitet. For store generasjoner brukes rulleledd fordi de kan takle tunge laster og skjer.
Ledder må være ordentlig smurt for å sikre jevn drift og lang levetid for generatoren. Smøring kan gjøres gjennom oljeringer, oljebad, fettkopper eller tvungen smøringssystemer.
Arbeidsprinsipp
Når armaturen roterer i et magnetfelt, induseres det en elektromotiv spenning i ledningen ifølge Faradays lov om elektromagnetisk induksjon.
Type DC-generator
Individuelt oppladet DC-generator: I denne typen exciteres spolen av en uavhengig ekstern DC-strømkilde, som en batteri eller annen DC-generator.
Selvoppladet DC-generator: I denne typen exciteres spolen av sin egen genererte spenning etter initial magnetisering gjennom restmagnetisme. Det finnes tre undertyper: serievinding, splitvinding og kombinertvinding.
Permanentmagnetisk DC-generator: I denne typen er det ingen magnetfeltspole, men en permanentmagnet som gir en konstant magnetisk fluks.
Anvendelse
Lade batterier for biler, inversorer og solpaneler.
Forsyning av traksmotorer for elbiler, tog og kraner.
Strømforsyning for bueløysmaskiner, galvaniseringutstyr og elektrolyseprosesser.
Forsyning av strøm til fjerne områder der AC-overføring ikke er praktisk eller økonomisk.
Forsyning av strøm til testing av AC-maskiner og kretser.
Konklusjon
DC-generator er en viktig enhet for konvertering av mekanisk energi til elektrisk energi ved elektromagnetisk induksjon. Den har flere komponenter, som yoke, pol, feltvinding, armatur, kommutator, pensel og ledd, som samarbeider for å produsere direkte strøm. DC-generatorene kan deles inn i ulike typer basert på deres oppladingsmetode. DC-generatorene har mange anvendelser i ulike felt som batterilading, traksjon, svetting, galvanisering, elektrolyse og fjerne strømforsyninger.
