چه تفاوت‌های اصلی بین ژنراتورهای AC و DC وجود دارد

تفاوت‌های اصلی بین ژنراتورهای AC و DC

دستگاه الکتریکی دستگاهی است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی و بالعکس تبدیل می‌کند. ژنراتور نوعی از این دستگاه‌هاست که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. با این حال، انرژی الکتریکی تولید شده می‌تواند به صورت جریان متناوب (AC) یا جریان مستقیم (DC) باشد. بنابراین، تفاوت اصلی بین ژنراتورهای AC و DC این است که آنها به ترتیب جریان متناوب و جریان مستقیم تولید می‌کنند. در حالی که برخی شباهت‌هایی بین این دو وجود دارد، تعداد زیادی تفاوت نیز وجود دارد.

قبل از ورود به لیست تفاوت‌ها، ما قصد داریم درباره اینکه ژنراتور چگونه برق تولید می‌کند و چگونه AC و DC تولید می‌شوند صحبت کنیم.

تولید برق

برق بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی فارادی تولید می‌شود که بیان می‌کند یک جریان الکتریکی یا نیروی الکتروموتوری (EMF) در یک رسانا القاء می‌شود هنگامی که در یک میدان مغناطیسی متغیر قرار گرفته است. هر دو ژنراتور AC و DC بر این اصل یکسان عمل می‌کنند تا جریان الکتریکی تولید کنند.

دو روش برای تغییر میدان مغناطیسی که بر روی رساناها اثر می‌گذارد وجود دارد: یا میدان مغناطیسی را حول یک رسانای ثابت می‌چرخانیم، یا رسانا را در یک میدان مغناطیسی ثابت می‌چرخانیم. در هر دو سناریو، خطوط میدان مغناطیسی که با رسانا تعامل دارند تغییر می‌کنند و در نتیجه یک جریان الکتریکی در رسانا القاء می‌شود.

یک الترناتور از مفهوم میدان مغناطیسی متحرک حول یک رسانای ثابت استفاده می‌کند، اگرچه این موضوع در این مقاله مورد بحث قرار نخواهد گرفت.

ژنراتور AC: حلقه‌های لیز و الترناتورها

از آنجا که حلقه‌های لیز حلقه‌های رسانای پیوسته هستند، جریان متناوب تولید شده در آرماتور را به صورت اصلی منتقل می‌کنند. زیرا فرش‌ها به طور مداوم بر روی این حلقه‌ها لیز می‌خورند، خطر کوتاه شدن یا ایجاد جرقه بین اجزا کم است. این امر منجر به عمر طولانی‌تر فرش‌ها در ژنراتورهای AC نسبت به ژنراتورهای DC می‌شود.

الترناتور نوع دیگری از ژنراتور فقط AC است که شامل یک آرماتور ثابت و یک میدان مغناطیسی متحرک است. از آنجا که جریان الکتریکی در بخش ثابت تولید می‌شود، انتقال آن به مدار خارجی ثابت ساده‌تر و مستقیم‌تر است. در چنین طراحی‌هایی، فرش‌ها تخریب کمتری می‌بینند که طول عمر را بیشتر می‌کند.

ژنراتور DC

ژنراتور DC دستگاهی است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کند، که همچنین به عنوان داینامو شناخته می‌شود. این ژنراتور جریان مستقیم نوسانی تولید می‌کند که مقدار جریان ممکن است متغیر باشد اما جهت آن ثابت است.

جریان القاء شده در رساناهای آرماتور متحرک به طور ذاتی متناوب است. برای تبدیل این جریان به DC، از یک کموناتور حلقه‌ای تقسیم‌شده استفاده می‌شود. کموناتور نه تنها جریان را از آرماتور متحرک به مدار ثابت منتقل می‌کند بلکه اطمینان می‌دهد که جهت جریان تأمینی ثابت باقی بماند.

کموناتور حلقه‌ای تقسیم‌شده در ژنراتورهای DC

کموناتور حلقه‌ای تقسیم‌شده شامل یک رسانای حلقه‌ای که به دو نیمه تقسیم شده است، با یک فاصله عایقی بین آنها. هر نیمه از حلقه تقسیم‌شده به یک ترمینال جداگانه از پیچش آرماتور متصل است، در حالی که دو فرش کربنی ثابت با کموناتور متحرک تماس لیز می‌خورند تا جریان را به مدار خارجی تأمین کنند.

با چرخش آرماتور و معکوس شدن جهت جریان AC القاء شده هر نیمه دور، کموناتور حلقه‌ای تقسیم‌شده اطمینان می‌دهد که جریان تأمینی به مدار جهت ثابتی دارد:

• در یک نیمه چرخش، جریان از طریق یک فرش به مدار جریان می‌یابد.

• در نیمه چرخش بعدی، بخش‌های کموناتور تماس با فرش‌ها را تغییر می‌دهند، جهت جریان داخلی را معکوس می‌کنند اما جریان خارجی را ثابت نگه می‌دارند.

با این حال، فاصله بین بخش‌های کموناتور دو چالش کلیدی را معرفی می‌کند:

• جرقه‌زنی: هنگامی که فرش‌ها بین بخش‌ها تغییر می‌کنند، به طور موقت فاصله را پل می‌کنند و باعث کوتاه شدن موقت و جرقه‌زنی می‌شوند.

• تخریب فرش: تکرار آرکینگ و تنش مکانیکی تخریب فرش را شتاب می‌دهد و کارایی و طول عمر ژنراتور را کاهش می‌دهد.

این عوامل نیازمند تعمیر و تعویض منظم فرش‌ها در ژنراتورهای DC نسبت به ژنراتورهای AC با حلقه‌های لیز می‌شوند.