Які основні відмінності між генераторами постійного та змінного струму

Основні відмінності між генераторами постійного і змінного струму

Електрична машина - це пристрій, який перетворює механічну енергію на електричну та навпаки. Генератор - це тип такої машини, яка перетворює механічну енергію на електричну. Однак, електрична енергія, яку він генерує, може бути або змінним (AC), або постійним (DC) струмом. Таким чином, основна відмінність між генераторами AC і DC полягає у тому, що вони генерують змінний та постійний струм відповідно. Хоча між ними існують деякі схожості, різниць досить багато.

Перед тим, як перейти до списку відмінностей між ними, ми обговоримо, як генератор генерує електроенергію та як генеруються AC і DC.

Генерація електроенергії

Електроенергія генерується на основі закону Фарадея про електромагнітну індукцію, який стверджує, що електричний струм або електродвигуча сила (EMF) будуть індуковані в провіднику, коли його розташовують в змінному магнітному полі. Обидва генератори AC і DC працюють на цьому ж принципі для генерації електричного струму.

Існує два способи змінювати магнітне поле, що діє на провідники: або обертати магнітне поле навколо нерухомого провідника, або обертати провідник всередині нерухомого магнітного поля. У обох випадках лінії магнітного поля, які взаємодіють з провідником, змінюються, що призводить до індукції електричного струму в провіднику.

Альтернатор використовує концепцію обертального магнітного поля навколо нерухомого провідника, хоча це не буде обговорено в цій статті.

Генератор AC: Сліпі кільце та альтернатори

Оскільки сліпі кільце - це неперервні провідні кільця, вони передають згенерований змінний струм без змін. Оскільки щітки неперервно зсуваються по цим кільцям, ризик короткого замикання або блискавок між компонентами невеликий. Це призводить до довшого терміну служби щіток в генераторах AC порівняно з генераторами DC.

Альтернатор - це інший тип генератора, який генерує лише змінний струм, з нерухомим арматурним середовищем та обертовим магнітним полем. Оскільки електричний струм генерується в нерухомій частині, його передача до нерухомої зовнішньої цепи простіша і більш прямолінійна. В таких конструкціях щітки піддаються мінімальному зносу, що ще більше підвищує тривалість.

Генератор DC

Генератор DC - це пристрій, який перетворює механічну енергію на електричну енергію постійного струму (DC), також відомий як динамо. Він виробляє пульсувальний постійний струм, де величина струму може змінюватися, але напрямок залишається сталим.

Струм, індукований в обертових арматурних провідниках, є змінним. Для перетворення цього на DC використовується розділене кільце-комутатор. Комутатор не тільки передає струм від обертової арматури до нерухомої цепи, але й забезпечує сталість напрямку наданого струму.

Розділене кільце-комутатор в генераторах DC

Розділене кільце-комутатор складається з одного кільцевого провідника, розділеного на дві половини з ізоляційною щілиною між ними. Кожна половина розділеного кільця з'єднана з окремим клемним зажимом арматурного витка, тоді як дві нерухомі графітові щітки здійснюють ковзаючий контакт з обертовим комутатором для поставки струму до зовнішньої цепи.

Коли арматура обертається, а індукований змінний струм змінює напрямок кожні півперіод, розділене кільце-комутатор забезпечує, що струм, поданий до цепи, залишається сталою:

• Під час однієї півоберту струм протікає через одну щітку до цепи.

• Під час наступного півоберту сегменти комутатора змінюють контакт з щітками, змінюючи внутрішній напрямок струму, але зберігаючи той самий зовнішній потік струму.

Однак, щілина між сегментами комутатора вводить два ключові проблеми:

• Блискавки: Коли щітки переходять між сегментами, вони на короткий час мостилять щілину, спричинючи миттєві короткі замикання та блискавки.

• Знос щіток: Повторюване стрімлення та механічний стрес прискорюють зношення щіток, зменшуючи ефективність та тривалість генератора.

Ці фактори вимагають регулярного обслуговування та заміни щіток в генераторах DC порівняно з генераторами AC зі сліпими кільцями.