Jakie są główne różnice między generatorami prądu przemiennego a prądu stałego

Główne różnice między generatorami prądu przemiennego i stałego

Urządzenie elektryczne to urządzenie, które zamienia energię mechaniczną w energię elektryczną i na odwrót. Generator to rodzaj takiego urządzenia, które zamienia energię mechaniczną w energię elektryczną. Jednak energia elektryczna wygenerowana może być zarówno w postaci prądu przemiennego (AC), jak i prądu stałego (DC). Zatem podstawowa różnica między generatorami prądu przemiennego i stałego polega na tym, że generują one odpowiednio prąd przemienny i stały. Chociaż istnieją pewne podobieństwa między nimi, występuje wiele różnic.

Zanim przejdziemy do listy różnic między nimi, omówimy, jak generator generuje prąd elektryczny oraz jak powstaje prąd przemienny i stały.

Generowanie prądu elektrycznego

Prąd elektryczny jest generowany na podstawie Prawa Elektromagnetycznej Indukcji Faradaya, które stwierdza, że prąd elektryczny lub siła elektromotoryczna (EMF) zostanie wywołany w przewodniku, gdy ten znajduje się w zmieniającym się polu magnetycznym. Oba typy generatorów, prądu przemiennego i stałego, działają na tej samej zasadzie, aby wytworzyć prąd elektryczny.

Istnieją dwa sposoby zmiany pola magnetycznego oddziałującego na przewodniki: obracanie pola magnetycznego wokół nieruchomego przewodnika lub obracanie przewodnika w nieruchomym polu magnetycznym. W obu przypadkach linie pola magnetycznego oddziałujące z przewodnikiem ulegają zmianie, co indukuje prąd elektryczny w przewodniku.

Alternator wykorzystuje koncepcję obracającego się pola magnetycznego wokół nieruchomego przewodnika, choć nie będzie to omawiane w niniejszym artykule.

Generator prądu przemiennego: pierścienie ślizgowe i alternatory

Ponieważ pierścienie ślizgowe są ciągłymi przewodnikami, przekazują one wygenerowany prąd przemienny w statorze bez zmian. Ponieważ szczotki przesuwają się ciągle po tych pierścieniach, ryzyko krótkich zwarć lub iskrzenia między elementami jest niewielkie. To prowadzi do dłuższego okresu użytkowania szczotek w generatorach prądu przemiennego w porównaniu do generatorów prądu stałego.

Alternator to inny typ generatora prądu przemiennego, który ma nieruchomy stator i obracające się pole magnetyczne. Ponieważ prąd elektryczny jest generowany w nieruchomej części, jego przekazanie do nieruchomego zewnętrznego obwodu jest prostsze i bardziej bezpośrednie. W takich konstrukcjach szczotki podlegają minimalnemu zużyciu, co dodatkowo zwiększa trwałość.

Generator prądu stałego

Generator prądu stałego to urządzenie, które zamienia energię mechaniczną w prąd stały (DC) elektryczny, również znany jako dynamo. Wydziela pulsujący prąd stały, gdzie amplituda prądu może się zmieniać, ale kierunek pozostaje stały.

Prąd indukowany w obracających się przewodnikach armatury jest z natury przemienny. Aby go przekształcić w prąd stały, używa się komutatora pierścieniowego. Komutator nie tylko przekazuje prąd z obracającej się armatury do nieruchomego obwodu, ale także zapewnia, że kierunek dostarczanego prądu pozostaje stały.

Komutator pierścieniowy w generatorach prądu stałego

Komutator pierścieniowy składa się z pojedynczego przewodnika w kształcie pierścienia podzielonego na dwie połowy, z izolującą luką między nimi. Każda połowa pierścienia jest połączona z osobnym terminalem zwinięcia armatury, podczas gdy dwie nieruchome szczotki węglowe tworzą ślizgający kontakt z obracającym się komutatorem, dostarczając prąd do zewnętrznego obwodu.

Kiedy armatura obraca się i indukowany prąd przemienny zmienia kierunek co pół cyklu, komutator pierścieniowy zapewnia, że prąd dostarczany do obwodu utrzymuje spójny kierunek:

• Podczas jednej półobrotu prąd płynie przez jedną szczotkę do obwodu.

• Podczas kolejnej półobrotu segmenty komutatora zmieniają kontakt ze szczotkami, odwracając kierunek wewnętrznego prądu, ale utrzymując ten sam kierunek zewnętrznego prądu.

Jednak luka między segmentami komutatora wprowadza dwa kluczowe wyzwania:

• Iskrzenie: Kiedy szczotki przechodzą między segmentami, krótko mostują lukę, powodując chwilowe krótkie zwarcia i iskrzenie.

• Zużycie szczotek: Powtarzające się łuki elektryczne i obciążenia mechaniczne przyspieszają degradację szczotek, obniżając efektywność i żywotność generatora.

Te czynniki wymagają regularnej konserwacji i wymiany szczotek w generatorach prądu stałego w porównaniu do generatorów prądu przemiennego z pierścieniami ślizgowymi.