Jaké jsou hlavní rozdíly mezi střídavými a stejnosměrnými generátory

Hlavní rozdíly mezi AC a DC generátory

Elektrický stroj je zařízení, které převádí mechanickou energii na elektrickou energii a naopak. Generátor je typ takového zařízení, který převádí mechanickou energii na elektrickou energii. Elektrická energie však může být buď ve formě střídavého proudu (AC) nebo stejnosměrného proudu (DC). Tedy hlavní rozdíl mezi AC a DC generátory spočívá v tom, že generují střídavý proud a stejnosměrný proud. I když existují některé podobnosti mezi těmito dvěma typy, existuje celá řada rozdílů.

Než se ponoříme do seznamu rozdílů mezi nimi, budeme diskutovat o tom, jak generátor generuje elektřinu a jak je generován AC a DC.

Generování elektřiny

Elektřina je generována na základě Faradayova zákona elektromagnetické indukce, který říká, že v vodiči umístěném v se měnícím magnetickém poli bude vyvolán elektrický proud nebo elektromotorická síla (EMF). Oba typy generátorů, AC i DC, pracují na stejném principu pro generování elektrického proudu.

Existují dva způsoby, jak měnit magnetické pole působící na vodiče: buďto otáčet magnetické pole kolem stacionárního vodiče, nebo točit vodič uvnitř stacionárního magnetického pole. V obou scénářích se magnetické pole, které interaguje s vodičem, mění, což vyvolává elektrický proud v vodiči.

Alternátor využívá koncept otáčejícího se magnetického pole kolem stacionárního vodiče, i když tento aspekt nebudeme v současné článku probírat.

AC generátor: Kluzné okruhy a alternátory

Kluzné okruhy jsou kontinuální vodivé kroužky, které přenášejí vygenerovaný střídavý proud z armatury beze změny. Jelikož kartáčky nepřetržitě kloužou po těchto kruzích, je malé riziko krátkých obvodů nebo jiskření mezi komponentami. To vedlo k delšímu životu kartáčků v AC generátorech v porovnání s DC generátory.

Alternátor je další typ generátoru pouze pro střídavý proud, sestávající ze stacionární armatury a otáčejícího se magnetického pole. Protože elektrický proud je generován v stacionární části, jeho přenos do stacionární externí obvodu je jednodušší a přímočarší. V takových konstrukcích mají kartáčky minimální opotřebení, což dále zvyšuje odolnost.

DC generátor

DC generátor je zařízení, které převádí mechanickou energii na stejnosměrnou (DC) elektrickou energii, známé také jako dynamo. Vygenerovává pulzující stejnosměrný proud, kde mohou magnitudy proudu kolísat, ale směr zůstává konstantní.

Proud vyvolaný v otáčejících se vodičích armatury je vlastně střídavý. Pro převedení tohoto proudu na DC se používá dělený komutátor. Komutátor nejen přenáší proud z otáčející se armatury do stacionárního obvodu, ale také zajistí, aby směr dodávaného proudu zůstal konstantní.

Dělený komutátor v DC generátorech

Dělený komutátor se skládá z jednoho kruhového vodiče, rozděleného na dvě poloviny, s izolační mezerou mezi nimi. Každá polovina děleného kruhu je spojena s samostatným terminálem závitového vinutí armatury, zatímco dva stacionární uhlíkové kartáčky kloužou po otáčejícím se komutátoru, aby dodávaly proud do externího obvodu.

Když armatura otáčí a vyvolaný střídavý proud každé polokolo obrátí svůj směr, dělený komutátor zajistí, že proud dodávaný do obvodu zůstane konstantní:

• Během jednoho polokola proud teče přes jeden kartáček do obvodu.

• Během dalšího polokola segmenty komutátoru přepnou kontakt s kartáčky, obrátí směr vnitřního proudu, ale udrží stejný směr externího proudu.

Mezera mezi segmenty komutátoru však způsobuje dva klíčové problémy:

• Jiskření: Když kartáčky přecházejí mezi segmenty, dočasně mostí mezery, což způsobuje momentální krátké obvody a jiskření.

• Opotřebení kartáčků: Opakované obloukové jiskření a mechanické namáhání zrychlují degradaci kartáčků, což snižuje efektivitu a životnost generátoru.

Tyto faktory vyžadují pravidelnou údržbu a výměnu kartáčků v DC generátorech v porovnání s AC generátory s kluznými okruhy.