Каковы основные различия между генераторами переменного и постоянного тока?

Основные различия между генераторами переменного и постоянного тока

Электрическая машина — это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую и наоборот. Генератор — это тип такой машины, который преобразует механическую энергию в электрическую. Однако генерируемая электрическая энергия может быть как переменного (AC), так и постоянного (DC) тока. Таким образом, основное различие между генераторами переменного и постоянного тока заключается в том, что они соответственно генерируют переменный и постоянный ток. Хотя между ними есть некоторые сходства, существует довольно много различий.

Прежде чем перейти к списку различий между ними, мы обсудим, как генератор производит электроэнергию и как генерируется переменный и постоянный ток.

Генерация электроэнергии

Электроэнергия генерируется на основе закона электромагнитной индукции Фарадея, который утверждает, что в проводнике будет вызван электрический ток или электродвижущая сила (ЭДС), если он помещен в изменяющееся магнитное поле. Оба типа генераторов, переменного и постоянного тока, работают на этом же принципе для генерации электрического тока.

Существуют два метода изменения магнитного поля, действующего на проводники: либо вращать магнитное поле вокруг неподвижного проводника, либо вращать проводник внутри неподвижного магнитного поля. В обоих случаях линии магнитного поля, взаимодействующие с проводником, изменяются, тем самым вызывая электрический ток в проводнике.

Альтернатор использует концепцию вращающегося магнитного поля вокруг неподвижного проводника, хотя это не будет обсуждаться в настоящей статье.

Генератор переменного тока: скользящие кольца и альтернаторы

Поскольку скользящие кольца являются непрерывными проводящими кольцами, они передают генерируемый в якоре переменный ток без изменений. Поскольку щетки непрерывно скользят по этим кольцам, риск короткого замыкания или искрения между компонентами минимален. Это приводит к более длительному сроку службы щеток в генераторах переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока.

Альтернатор — это еще один тип генератора, работающего только на переменном токе, с неподвижным якорем и вращающимся магнитным полем. Поскольку электрический ток генерируется в неподвижной части, его передача к неподвижной внешней цепи проще и прямолинейнее. В таких конструкциях износ щеток минимален, что дополнительно повышает долговечность.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока, также известное как динамо. Он производит пульсирующий постоянный ток, где величина тока может изменяться, но направление остается постоянным.

Ток, индуцированный в вращающихся проводниках якоря, является переменным. Для преобразования этого тока в постоянный используется разрывное кольцо-коммутатор. Коммутатор не только передает ток от вращающегося якоря к неподвижной цепи, но и обеспечивает постоянство направления подаваемого тока.

Разрывное кольцо-коммутатор в генераторах постоянного тока

Разрывное кольцо-коммутатор состоит из одного кольцевого проводника, разделенного на две половины, с изолирующим зазором между ними. Каждая половина разрывного кольца соединена с отдельным выводом обмотки якоря, а две неподвижные угольные щетки делают скользящий контакт с вращающимся коммутатором для подачи тока во внешнюю цепь.

При вращении якоря и изменении направления индуцированного переменного тока каждые полупериода разрывное кольцо-коммутатор обеспечивает, чтобы ток, подаваемый в цепь, сохранял постоянное направление:

• В течение одной полупереворота ток протекает через одну щетку в цепь.

• В течение следующей полупереворота сегменты коммутатора меняют контакт с щетками, изменяя внутреннее направление тока, но сохраняя то же внешнее направление потока тока.

Однако зазор между сегментами коммутатора создает две ключевые проблемы:

• Искрение: Когда щетки переходят между сегментами, они временно замыкают зазор, вызывая кратковременные короткие замыкания и искрение.

• Износ щеток: Повторяющиеся искровые разряды и механические напряжения ускоряют износ щеток, снижая эффективность и срок службы генератора.

Эти факторы требуют регулярного обслуживания и замены щеток в генераторах постоянного тока по сравнению с генераторами переменного тока, оснащенными скользящими кольцами.