Динамо-машина. Первые генераторы постоянного тока

Динамо-машина. Первые генераторы постоянного тока

Динамо-машина или динамо (иногда в просторечии «динамка»)— устаревшее название генератора постоянного тока.

Динамо-машинами в позапрошлом веке стали называть генераторы постоянного тока, — первые промышленные генераторы, которые позже были вытеснены генераторами переменного тока, пригодного для преобразования посредством трансформаторов, и крайне удобного для передачи на большие расстояния с незначительными потерями.

Сегодня под словом «динамо», как правило, подразумевают маленькие велосипедные генераторы (для фар) или ручные генераторы (для туристических фонариков). Что касается промышленных генераторов, то на сегодняшний день все это — генераторы переменного тока. Давайте, однако, вспомним, как развивались и совершенствовались первые «динамо».

Первый образец генератора постоянного тока, или униполярного динамо, был предложен в далеком 1832 году Майклом Фарадеем, когда он только открыл явление электромагнитной индукции.

Это был так называемый «диск Фарадея» — простейший генератор постоянного тока. Статором в нем служил подковообразный магнит, а в качестве ротора выступал вращаемый вручную медный диск, ось и край которого пребывали в контакте с токосъемными щетками.

Когда диск вращали, то в той части диска, которая пересекала магнитный поток между полюсами магнита статора, наводилась ЭДС, приводящая, в случае если цепь между щетками была замкнута на нагрузку, к появлению радиального тока в диске. Подобные униполярные генераторы по сей день используются там, где требуются большие постоянные токи без выпрямления.

Генератор переменного тока впервые построил француз Ипполит Пикси, это произошло в том же 1832 году. Статор динамо-машины содержал включенные последовательно пару катушек, ротор представлял собой подковообразный постоянный магнит, кроме того в конструкции имелся щеточный коммутатор.

Магнит вращался, пересекал магнитным потоком сердечники катушек, наводил в них гармоническую ЭДС. А автоматический коммутатор служил для выпрямления и получения в нагрузке постоянного пульсирующего тока.

Позже, в 1842 году, Якоби предложит разместить магниты на статоре, а обмотку — на роторе, который также вращался бы через редуктор. Это сделает генератор более компактным.

В 1856 году, для питания серийных дуговых ламп Фредерика Холмса, (эти лампы использовали в прожекторах маяков), самим Фредериком Холмсом была предложена конструкция генератора, похожая на генератор Якоби, но дополненная центробежным регулятором Уатта для поддержания напряжения на лампе постоянным при разном токе нагрузки, что достигалось путем автоматического сдвига щеток.

Статор содержал 50 магнитов, а конструкция в общем весила 4 тонны, и развивала мощность чуть больше 7 кВт. Было выпущено примерно 100 таких генераторов под маркой «Альянс».

Между тем, машины с постоянными магнитами отличались одним существенным недостатком — магниты теряли со временем намагниченность и портились от вибрации, в итоге генерируемое машиной напряжение становилось со временем все ниже и ниже.

При этом намагниченностью нельзя было управлять, чтобы стабилизировать напряжение.

В качестве решения пришла идея электромагнитного возбуждения. Идея пришла в голову английского изобретателя Генри Уайльда, который в 1864 году запатентовал генератор с возбудителем на постоянном магните, — магнит возбуждения просто монтировался на валу генератора.

Позже настоящую революцию в генераторах совершит немецкий инженер Вернер Сименс, который откроет подлинный динамоэлектрический принцип, и поставит производство новых генераторов постоянного тока на поток.

Принцип самовозбуждения заключается в том, чтобы использовать остаточную намагниченность сердечника ротора для пускового возбуждения, а затем, когда генератор возбудится, использовать в качестве намагничивающего тока ток нагрузки, или включить в работу специальную обмотку возбуждения, питаемую генерируемым током параллельно нагрузке. В результате, положительная обратная связь приведет к увеличению магнитного потока возбуждения генерируемым током.

В числе первых принцип самовозбуждения, или динамоэлектрический принцип, отметит инженер из Дании Сорен Хиорт. Он упомянет в своем патенте от 1854 года возможность использования остаточной намагниченности с целью реализации явления электромагнитной индукции для получения генерации, однако, опасаясь того, что остаточного магнитного потока будет недостаточно, Хиорт предложит дополнить конструкцию динамо постоянными магнитами. Этот генератор так и не будет воплощен.

Позже, в 1856 году, аналогичную идею выскажет Аньеш Йедлик — член Венгерской академии наук, но ничего так и не запатентует. Только спустя 10 лет Самюэль Варлей, ученик Фарадея, реализует на практике принцип самовозбуждающегося динамо. Его заявка на патент (в 1866 году) содержала описание устройства очень похожего на генератор Якоби, только постоянные магниты уже были заменены обмоткой возбуждения — электромагнитами возбуждения. Перед стартом сердечники намагничивались постоянным током.

В начале 1867 года в Берлинской Академии наук с докладам выступал изобретатель Вернер Сименс. Он представил публике генератор похожий на генератор Варлея, названный «динамо-машиной». Старт машины осуществлялся в режиме двигателя, для того чтобы обмотки возбуждения намагнитились. Затем машина превращалась в генератор.

Это была настоящая революция в понимании и проектировании электрических машин. В Германии начался широкий выпуск динамо-машин Сименса — генераторов постоянного тока с самовозбуждением — первых промышленных динамо-машин.

Конструкция динамо-машин с течением времени менялась: Теофил Грамм, в том же 1867 году, предложил кольцевой якорь, а в 1872 году главный конструктор компании Сименс-Гальске, Гефнер Альтенек, предложит барабанную намотку.

Так генераторы постоянного тока примут свой окончательный облик. В 19 веке, с переходом на переменный ток, гидроэлектростанции и тепловые электростанции станут вырабатывать уже переменный ток на генераторах переменного тока. Но это уже совсем другая история…

Ранее ЭлектроВести писали, что Натан Шарпс, инженер-механик армейского Центра C5ISR в Мэриленде, разработал стельку для обуви, которая может генерировать энергию при ходьбе, помогая питать электронные устройства.

Армия США выделила более 16 миллионов долларов на производство этих стелек.

По материалам: electrik.info.

Работа генераторов постоянного тока — Энциклопедия по машиностроению XXL

Параллельная работа генераторов постоянного тока. Для параллельного включения генераторов постоянного тока необходимо, чтобы а) напряжение подключаемой машины  [c.530]

Параллельная работа генераторов постоянного тока. Для включения генератора постоянного тока на параллельную работу с другим генератором необходимо, чтобы полярность соединяемых зажимов была одинаковой и чтобы напряжения генераторов были равны. Для нагрузки включенного генератора необходимо несколько увеличить его возбуждение.  

[c.471]

По сравнению с параллельной работой генераторов постоянного тока параллельная работа синхронных генераторов имеет ряд особенностей  [c. 323]

Горячая сварка чугуна требует максимальных сварочных токов (/ в = = 60 100 а на 1 л.и диаметра электрода). Род тока безразличен. Требуются источники тока, обеспечивающие нужную мощность дуги. Обычно рекомендуются сварочные трансформаторы ТС-1000 ТС-2000 плп два типа ТС-500, включенных на параллельную работу генераторы постоянного тока НС-500 и нем-1000 сварочные выпрямители ВСС-500, ИПП-500 и ППП-1000.  

[c.288]

Принцип работы генератора постоянного тока можно видеть из рис. 71.  [c.123]

Как устроены и работают генераторы постоянного тока  [c.141]

Работа генераторов постоянного тока основана на использовании принципа самовозбуждения. Как видно кз рис. 52, об Мотка 31 возбуждения генератора соединена параллельно внешней цепи. Когда якорь 32 генератора начнет вращаться, в его обмотке за счет пересечения слабого поля остаточного магнетизма полюсных сердечников возникает некоторая э.

д. с. Под ее действием в обмотку возбуждения поступит ток, который усилит магнитный поток сердечников. Это в свою очередь вызовет усиление э. д. с., наводимой в обмотке якоря, и как следствие —  [c.115]

Работа генераторов постоянного тока  [c.289]

Описанное явление называется электромагнитной индукцией. На явлении электромагнитной индукции основана работа генераторов постоянного тока.  

[c.33]

Питание всех потребителей обеспечивается аккумуляторной батареей и генератором постоянного тока, соединёнными и работающими параллельно. Аккумуляторная батарея обеспечивает запуск и питание аппаратов, которые должны работать и при остановленном двигателе генератор осуществляет питание всех потребителей при работающем двигателе й подзаряжает батарею, пополняя электроэнергию, израсходованную последней на остановке.  [c.288]

Для удаления пыли, образующейся от порошка во время работы, служит аспиратор. На отдельной раме смонтированы генератор постоянного тока и эксгаустер аспиратора.  [c.126]

Следующим шагом на пути концентрации производства электроэнергии было объединение отдельных станций в параллельно работающие. Сама идея объединения генераторов электрической энергии возникла еще в период господства постоянного тока. Включение на параллельную работу электростанций постоянного тока не представляло затруднений, если эти станции имели одинаковое напряжение и находились недалеко одна от другой. Но при некотором удалении низкое напряжение не позволяло соединить станции непосредственно линией передачи постоянного тока. В таких случаях прибегали к преобразованию постоянного тока в переменный повышенного напряжения, вводя двигатель-генераторные или, как их тогда называли, мотор-генераторные агрегаты [17].  [c.73]

Хорошие результаты достигнуты при работе на стенде (рис. 43) с нагрузочной установкой, состоящей из гидравлического 3, электрического 5 и фрикционного тормозов. На указанном стенде турбомуфта 2 приводится во вращение электродвигателем 1. При испытаниях электротормоз (генератор постоянного тока) может полностью заменить гидротормоз, так как поле его характеристик перекрывает характеристики гидротормоза (см. рис. 3). Однако при снятии характеристик турбомуфты удобнее пользо-  [c.87]

Другим случаем допустимой работы турбины при разнообразных оборотностях является привод ею генератора постоянного тока (динамомашины). Крутящий момент турбины при постоянном открытии и разных оборотностях изображается (фиг. 14-2,6) наклонной вправо кривой, более или менее близкой к прямой моменты сопротивления генератора при разных нагрузках сети и его оборотностях меняются по аналогичным линиям — прямым или выпуклым вниз на фигуре — чем больше нагрузка, тем левее кривая. Устойчивые по оборотности режимы соответствуют точкам пересечения кривой турбинного момента с той или другой кривой генератора.  [c.187]

К аппаратуре, работающей в комплекте с генераторами постоянного тока, относятся регуляторы напряжения, дифференциально-минимальные реле, автоматы, защиты сети от перенапряжения, стабилизирующие трансформаторы, устройства обеспечения параллельной работы генераторов.  [c.226]

Эксплуатация. В процессе эксплуатации (при подготовках к полету) у генераторов постоянного тока и устройств, обеспечивающих их работу, проверяется  [c.227]

Генераторы постоянного гока. Генератор постоянного тока работает на принципе электромагнитной индукции и представляет собой электрическую машину, преобразую-  [c.309]

Генератор постоянного тока. (рис. 82) состоит из корпуса с крышками и якоря. Корпус изготовлен из стали в виде цилиндра, на внутренней поверхности которого закреплены полюсные башмаки с обмотками возбуждения, образующие электромагниты, создающие магнитное поле, необходимое для работы генератора. Полюсные башмаки делают из отдельных изолированных пластин, изготовленных из малоуглеродистой электромагнитной стали. Один конец обмотки соединен с массой, а другой выведен на изолированную клемму Ш на корпусе. Стальной корпус имеет  [c.139]

Питание электрометаллизаторов осуществляется переменным или постоянным током. При работе на переменном токе используют сварочные или специальные понижающие трансформаторы. Для работы на постоянном токе применяют сварочные генераторы.  [c.233]

Для работы на постоянном токе используются сварочные генераторы типа СМГ-4 и СУГ-2 с приводным электромотором.  [c.234]

Магнитное поле создается электромагнитами. Обмотки электромагнитов, которые называются обмотками возбуждения, питаются током, вырабатываемым генератором. Концы обмотки возбуждения подключены к щеткам генератора, т. е. параллельно обмоткам якоря. Такие генераторы называются генераторами с параллельным самовозбуждением (шунтовыми). Они в основном используются в автомобилестроении. В начале работы генератора, пока ток в обмотках возбуждения отсутствует, магнитное поле, в котором вращается якорь, создается за счет остаточного магнетизма в сердечниках электромагнитов. Принципиальная электрическая схема генератора постоянного тока показана на рис. 61.  [c. 95]

Генератор (табл. 22), являясь основным источником электрической энергии на автомобиле, служит для питания всех ее потребителей и для заряда аккумуляторной батареи при средней и большой частоте вращения коленчатого вала двигателя. На современных отечественных легковых автомобилях устанавливают генераторы переменного тока, которые имеют значительные преимущества по сравнению с ранее применявшимися генераторами постоянного тока. Отсутствие коллектора в генераторе переменного тока позволяет повысить частоту вращения ротора при работе двигателя в режиме холостого хода, снизить износ щеток и токосъемных колец. Современные генераторы обладают свойством самоограничения максимальной отдаваемой силы тока, что обеспечивает работу генератора без ограничителя силы тока.  [c.101]

Генераторы постоянного тока автотракторного типа работают на принципе самовозбуждения. Сущность самовозбуждения генератора заключается в следующем. По изготовлении генератора через него пропускают постоянный ток от постороннего источника. Под действием тока стальной сердечник якоря и полюсы электромагнита намагнитятся. После выключения тока в стали сохранится остаточный магнетизм. Если якорь привести во вращение от какого-либо двигателя, вращая его в ту же сторону, в которую он вращался, питаясь от постороннего источника,  [c.46]

Устройство и работа генератора постоянного тока. На автомобилях семейства МАЗ-500 устанавливают четырехполюсные генераторы типа Г105-Б. Основные части генератора (рис. 51) корпус 1 с четырьмя сердечниками 2, на которые надеты катушки 3 обмотки возбуждения, якорь 20 с сердечником, обмоткой 4 и приводным шкивом 22, четыре щетки 11 и 16, а также передняя 21 и задняя 12 крышки.  [c.114]

Регулирование работы генератора постоянного тока. Генератор типа Г105-Б (см- рис. 52) работает совместно с реле-регулятором РР105, состоящим из трех приборов реле обратного тока РОТ, ограничителя тока ОТ и регулятора напряжения PH.  [c.116]

Пуско-регулирующая коробка ПРК-8А представляет собой комплекс угольного регулятора напряжения и аппаратуры автоматики, размещенных на общем основании, и предназначена для автоматического регулирования напряжения на различных этапах работы генератора постоянного тока ГС-24А при использовании его в качестве источника питания при электрозапуске объекта.  [c.88]

Сварочные генераторы. Это специальные генераторы постоянного тока, внешняя характеристика которых позволяет получать устойчивое горение дуги, что достигается изменением магнитного потока генератора в зависимости от сварочного тока. Сварочный генератор постоянного тока состоит из статора с магнитными полюсами и якоря с обмоткой и коллекторами. При работе генератора якорь вращается в магнитном поле, создаваемом полюсами статора. Обмотка якоря пересекает магнитные линии полюсов генератора, и поэтому в витках обмотки возникает переменный ток, который с помощью коллектора преобразуется в постоянный. -Вращение якоря сварочного генератора обеспечивается в сварочных преобразователях электродвигателем, а в сварочных агрегатах — двигателем внутреннего сгорания. К коллектору прижаты угольные щетки, через которые постоянный ток подводится к клеммам. К этим клеммам присоединяют сварочные провода, идущие к электрододержа-телю и изделию.  [c.61]

На рис. 86 показана схема работы агрегата АЭО-2. Из приемных валиков 1 лента проходит ванну струйной обработки 2, щеточномоечную машину 3 и последующую струйную промывку в ванне 4, после чего лента поступает на электролитическое обезжиривание в ваннах 5. В данной установке, как и в установке АЭО-1, принят бесконтактный способ подачи тока, показанный на рис. 87, позволяющий применять промышленный трансформируемый ток. В отличие от некоторых зарубежных установок, где ток пропускается непосредственно через обрабатываемое изделие (причем предварительно преобразуемый в постоянный), на данных установках использованы лишь трансформаторы переменного тока, понижающие напряжение до 7 в. Таким образом, вместо громоздкой и дорогостоящей аппаратуры (генераторов постоянного тока, выпрямителей и т. д.) применяется трансформатор, имеющий очень высокий к. п. д. по сравнению с другими электрическими машинами.  [c.176]

Питание мотора / осуществляется по схеме Леонарда от специального генератора постоянного тока ДУ/ Г (динамо, управляющая работой головки), объединённого с мотором трёхфазного тока во вспомогательный моторгене-раторный агрегат. Независимая обмотка возбуждения генератора питается через ку-проксные выпрямители НКС-2 от напряжения на дуге. Возбуждение мотора I также зависит от напряжения на дуге. Такая схема включения обеспечивает плавное изменение скорости подачи электродной проволоки в зависимости от напряжения дуги. Мотор 2 — асинхронный, с постоянным числом оборотов — служит для возбуждения дуги в начале сварки и создания необходимого числа оборотов на выходном валу диференциала. Контроль за режимом сварки осуществляется по амперметру А и вольтметру V.  [c.339]

Торцевые клапаны Перли применяются при диаметре 4,5, ограничивают обороты в пределах от +5 до 12ч/о, не допускают перегрузок при работе с центробежными насосами и генераторами постоянного тока, защи-  [c.229]

Тепло к трубам подводится от генератора постоянного тока АНГМ-90 мощностью до 90 кВт. Использование постоянного тока позволяет избежать электрических наводок в металлических элементах конструкции экспериментального участка. Максимальная сила тока при длительной нагрузке — 5000 А прц напряжении 18 В.Напряжение генератора регулируется изменением тока в цепи возбуждения. При этом регулируется и мощность энерговыделения в нагреваемой зоне пучка труб. Стабилизация напряжения на клеммах генератора обеспечивается специальным зяек-тронным устройством. Это позволяет поддержршать падение напряжения на пучке труб в течение стационарного режима работы постоянным. Сила тока 2000 А измеряется по падению напряжения на шунте класса точности 0,5. Для реализации нестационарного режима нагрева пучка труб в цепи возбуждения генератора установлен блок задающих напряжений, позволяющий резко изменять энерговыделение в нагреваемых трубах во времени.  [c.60]

Источник тока — низковольтный -генератор постоянного тока типа НД1 500 /750. Установка может работать также на переменном токе от сети, выпрямленном при помощи двух селеновых выпрямителей типа ВСГ-Зм. В практике ремонтных предприятий находит лрименение контактио-искровой и контактно-дуговой апособы виброконта1ктной наплавки. Последний способ бо-  [c.182]

Для удобства работы и соблюдения техники безопасности экскаватор оборудован автономной электросистемой, которая предназначена для запуска двигателя, для освещения и сигнализации. Электросистема экскаватора однопроводная, с напряжением 12 в. Минус-проводом является масса. Система имеет два источника энергии генератор постоянного тока Г-214 и аккумуляторную батарею З-Т-СТ-180 (2 шт. соединены последовательно). С помощью реле-регулятора РР81-Д обеспечивается автоматическое включение генератора в систему, поддержание в системе постоянного напряжения и защита генератора от перегрузок. Контроль зарядки и разрядки аккумулятора осуществляется амперметром АП-6.  [c.76]

Резервный возбудитель генераторов паровой и газовой турбин при пуске установки используется как генератор постоянного тока для разгонного электродвигателя газовой турбины. Нормально разгонный двигатель газовой турбины работает как основной возбудитель генератора. Трехмашинный агрегат состоит из генератора постоянного тока компаундного типа, питающего цепь напряжения 220 в, и электродвигателя переменного тока напряжением 0,380 кв, который приводит во вращение генератор постоянного тока. На этом же валу установлен электродвигатель постоянного тока ПО в, питающийся от стационарной аккумуляторной батареи. В случае исчезновения напряжения 0,380 кв автоматически включается двигатель постоянного тока ПО в, благодаря чему питание цепей постоянного тока 220 в не прекращается.  [c.80]

Генераторы переменного тока имеют ряд преимуществ по сравнению с генераторами постоянного тока. Ротор генератора переменного тока может вращаться с большей угловой скоростью, чем якорь генератора постоянного тока. При большой угловой скорости якоря генератора постоянного тока ухудшается контакт между щетками и ламелями коллектора вследствие колебаний щеток при скольжении по неровному коллектору. Кроме того, под действием центробежных сил при большой угловой скорости возможен выход обмоток из пазов якоря. Щетки обмотки возбуждения генератора переменного тока скользят по сплошному кольцу, поэтому возможна работа с большей угловой скоростью, а обмотка возбуждения надежно закреплена под полюсами. 0 позволяет увеличить передаточное число в приводе от коленчатого вала двигателя к генератору, а следовательно, напряжение на клеммах генератора переменного тока достигает йоминаль-ной величины при меньшей угловой скорости коленчатого вала, чем в генераторах постоянного тока. При этом уменьшается йродолжи-тельность питания потребителей током аккумуляторной батареи, улучшаются условия ее работы, а срок службы увеличивается. Щеточный узел генератора переменного тока более долговечен так как щетки работают по сплошному кольцу и через них проходит лишь ток возбуждения. У генератора постоянного тока щетки работают по коллектору, состоящему из отдельных ламелей, а через щетки проходит ток нагрузки генератора. Таким образом, генераторы переменного тока являются более надежными, а объем их технического обслуживания меньше, чем у генераторов постоянного тока. Кроме того, генераторы переменного тока при той же мощности имеют меньшие габаритные размеры и вес по сравнению с генераторами постоянного тока.  [c.98]

Топливо-смазочные материалы (ТСМ) каждого сорта хранят в специально предназначенном для него исправном герметичном резервуаре, чтобы не допустить попадания в него пыли и атмосферных осадков. Прием ТСМ на склад осуществляется на размещенной на его территории сливной площадке, оборудование которой должно обеспечивать удобство и быстроту работы, пожарную безопасность, отсутствие потерь. Из железнодорожных цистерн ТСМ сливают на специальных постах, оборудованных необходимыми приспособлениями, самотеком, с помощью сифона или различных насосов, а также под давлением. В процессе технического обслуживания к крану масло подают в бидонах, канистрах и банках, а также с помощью механизированных установок. Масла заливают в емкости и резервуары с помощью воронок и масленок. Топливом и смазочными материалами на объектах краны заправляют с помощью топливозаправщиков, смонтированных на базе грузовых автомобилей и снабженных несколькими емкостями, которые предназначены для хранения различных видов топлива и смазочных материалов, компрессорами, пневматическими солидолонагнетателями, подающими шестеренными насосами, литромерами, генераторами постоянного тока.  [c.277]

---

Генераторы постоянного тока

На большинстве автомобилей малой и средней грузоподъемности установлены двухполюсные генераторы постоянного тока, а на автомобилях  Урал»—375,1 Урал—З77‚ 2565. КрАЗ-257, КРАЗ—258, МАЗ—500 и БелАЗ  четырехполюсные.

СОДЕРЖАНИЕ

Генераторы постоянного тока 

Устройство генератора постоянного тока

Возбуждение генератора постоянного тока

Обмотка возбуждения

генератор

На советских  автомобилях устанавливаются , в частности основные источники тока— генераторы напряжением 6, 12 и 24 в. Наибольше популярны на большегрузных грузовых автомобилях имеют генераторы постоянного тока напряжением 24 в На автобусах устанавливаются генераторы переменного тока .

Постоянный ток целесообразен для питания двигателя в тех случаях, когда он работает на средних и больших оборотах.

Генераторы постоянного тока принципиально одинаковы по конструкции  параллельного (шунтового) возбуждения и  различаются  главным образом числом полюсов и щеток, напряжением, мощностью и габаритами.

схема генератора

Устройство генератора постоянного тока

Корпус генератора и полюсные сердечники выполняют из низкоуглеродистой стали, обладающей остаточным магнетизмом и способностью быстро изменять магнитный поток возбуждения, что требуется при регулировании напряжения и силы тока.

В двухполюсных генераторах катушки обмоток возбуждения соединены последовательно; а в четырехполюсных обмотка возбуждения разделена на две параллельные ветви.

Минусовые щетки, установлены в изолированных Щеткодержателях и соединены с массой генератора. Плюсовые щетки расположены в изолированных щеткодержателях и присоединены к выводу  Я. Два конца двух пар катушек обмотки возбуждения генератора присоединены к выводам  Ш, а другие два конца этих катушек соединены с массой.

Якорь генератора состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Для  уменьшения нагрева от вихревых токов сердечник якоря набирают из тонких листов  электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком, или окалиной. Сердечник  является также магнито проводом (проводником магнитных силовых  линий):

Возбуждение генераторов постоянного тока

Работа  генератора происходит следующим образом. Как только якорь Начнет вращаться, его обмотка пересечет слабый магнитный поток,  который создан остаточным магнетизмом  полюсных сердечников, и корпуса. В результате в обмотке якоря индуктируется э. д. с. под действием которой в обмотку возбуждения поступит ток. Этот ток вызовет большее намагничивание полюса, что в свою очередь усилит ток в обмотке возбуждения.

Процесс самовозбуждения будет продолжаться до тех пор, пока генератор не начнет работать в нормальном режиме.

Для увеличения индуктируемой э. д. с. и сглаживания ее пульсации каждую секцию обмотки делают из 3—6 витков. Индуктированный в обмотке якоря ток снимается с коллектора щетками токосъемника и через реле-регулятор направляется к потребителям тока и на зарядку аккумуляторной батареи.

Генератор Г105-Б МАЗ -500

На рис. 83 показано устройство генератора автомобиля МАЗ—500 и его модификаций. В задней крышке генератора смонтированы четыре щеткодержателя 5 с нажимными пружинами и щетками б. Соединение и вы-

воды проводов от щеток выполнены согласно схеме, показанной на рис. 82. Шарикоподшипники 9 и 17 (см. рис.83), в  которых вращается якорь 2 генератора, смазываются долговечной смазкой, заменяющейся только через  5ОО тыс. ‚км пробега автомобиля. Для предохранения от осевых смещений якорь крепится гайкой 8. Охлаждение генератора осуществляется вентилятором‚ отлитым совместно со шкивом 14. В генераторах большегрузных автомобилей МАЗ и БелАЗ  вентилятор для охлаждения установлен Внутри корпуса (рис. 84).

Характеристики

Режим работы автобусов имеет ряд особенностей: для посадки и высадки пассажиров автобусы делают остановки, движение на городских маршрутах требует частых остановок у перекрестков. Поэтому число оборотов коленчатого вала у двигателя часто изменяется и оно много времени работает  на холостом ходу. В темное время суток расход электроэнергии у автобуса возрастает из-за необходимости` освещения пассажирского салона и для питания других потребителей.

В связи с указанным на автобусах устанавливаются генераторы переменного тока, преимущества которых по сравнению с генераторами постоянного тока заключаются в следующем: по габаритам и весу они в 3,5 раза меньше и легче аналогичных по мощности генераторов просто надежны, так как коллектор и щетки у них отсутствуют.

При малом числе оборотов двигателя возможны зарядка, аккумуляторов и питание потребителей, благодаря чему, отпадает потребность в установке аккумуляторных батарей большой емкости и срок службы их увеличивается.

Генератор МАЗ-БЕЛАЗ

Так как аккумуляторные батареи и потребители питаются постоянным током, генераторы переменного тока должны иметь устройства для выпрямления тока.

Генератор переменного тока с электромагнитным возбуждением представляет собой трехфазную синхронную электрическую машину. Синхронным генератор называется потому, что частота тока в нем пропорциональна  числу оборотов ротора генератора. В комплект генераторной установки входят генератор, выпрямитель и реле регулятор (табл. 10).

Обмотка возбуждения

Обмотка возбуждения генераторов автобусов ЛАЗ и ПАЗ питается постоянным тоном от аккумуляторной батареи или от селенового выпрямителя Выпрямитель преобразует вырабатываемый генератором переменный ток в постоянный.

В 18 пазах статора  уложено 18 катушек трехфазной обмотки 3 статора. Катушки соединены между собой «звездой»2 Один вывод каждой катушки припаян к общему кольцу А (рис 85,6), а второй к секциям Б В и Г соответствующих фаз и далее к изолированным клеммам фаз 1 2 и 3 на корпусе генератора.

Генератор Г2-Б ЛАЗ-695

Ротор состоит из двух шестиполюсных клювообразных наконечников (рис 86,6) из мягкой стали. Наконечники одной половины ротора с северной магнитной полярностью входят между наконечниками второй половины ротора с южной полярностью.

Обмотка возбуждения 8 (см. рис. 85, а) разделена на две параллельно соединенные катушки Выводы катушек присоединены к контактным кольцам 11.  К среднему кольцу подведены общие концы катушек замыкающиеся На массу.  Постоянный ток к обмотке возбуждения подводится через щетки и проходит через обмотку возбуждения В.

Полюсные сердечники сильно намагничиваются. При вращении ротора его магнитное поле пересекает витки катушек статора и индуктирует в них э. д. с. переменного направления. Переменный трехфазный ток от фазных изолированных клемм  1, 2, 3, (см. рис.85, б) подводится к клеммам  селенового выпрямителя РС ЗОО, где преобразуется в постоянный. В электротехнике известно несколько способов преобразования переменного тока в постоянный.

Генератор Г2-Б

СМОТРИТЕ ВИДЕО

Читайте так же

Поделитесь с друзьями в соц сетях

Генераторы постоянного тока на основе проводящих полимеров для автономных гибких устройств

Базовые конструкции генераторов постоянного тока и свойства проводящих полимеров

Базовые конструкции всех генераторов постоянного тока выполнены из сэндвича металл / проводящий полимер / металл геометрия. Типичные проводящие полимеры, то есть полипиррол (PPy), полианилин (PANI) и полиэтокситиофен (PEDOT), и различные металлы были выбраны для создания генераторов на основе принципа условий контакта полимер-металл. Чтобы преодолеть негибкость предыдущих генераторов постоянного тока, таких как генератор Al / PPy / Au в Shao et al . ²⁸ был предложен метод электрохимического осаждения для получения проводящих полимеров на гибкой подложке, покрытой пленкой металлических электродов для реализации гибкости. Порядок изготовления показан на рис. 1а. Взяв в качестве примера генератор Au / PPy / Al, сначала пленка металлического электрода Cr / Au была напылена магнетроном на полиимид (PI) перед электрохимическим осаждением проводящего полимера PPy, а PI, покрытый металлом, подвергался воздействию озона в УФ-ультрафиолетовом диапазоне в течение обработка для улучшения свойств поверхности.Проводящий полимер, декорированный PI, был собран с другим куском PI с металлической пленкой на нем.

Рисунок 1

( a ) Процесс изготовления генератора постоянного тока. ( b ) Фотоизображения генератора постоянного тока на основе проводящих полимеров. ( c ) Принципиальная схема генератора постоянного тока.

Как показано на рис. 1b, фотографические изображения трех типов генераторов, то есть Au / PPy / Al, Au / PEDOT / Al и Au / PANI / Al, демонстрируют их хорошую совместимость.Соответствующая принципиальная схема систематически проиллюстрирована на рис. 1с. Как показано на рис. 1c, принцип работы генераторов постоянного тока на основе проводящего контакта Шоттки полимер-металл заключается в том, что выходное напряжение и ток возникают в результате деформации проводящих полимеров под действием внешних нагрузок. В нашей предыдущей работе ³¹ обсуждается процесс преобразования энергии при статическом сжатии. Когда прямой генератор находится с фиксированной нагрузкой, толщина PPy обычно изменяется со временем и сохраняется в течение 1-2 минут.

Различные проводящие полимеры на PI были охарактеризованы с помощью рентгеновской дифракции (XRD) и изображений с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). На рисунке S1 показаны XRD-спектры PPy (левая панель), PEDOT (средняя панель) и PANI (правая панель). Характерный дифракционный пик пленки PPy, PEDOT и PANI находился при 26 °, 26 °, 26 ° (дифракционный пик соответствует C (002)). Подобные значения XRD продемонстрировали, что общие грани кристалла C (002) существуют в PPy, PEDOT и PANI. Как показано на рис.S2, гладкий внешний вид на СЭМ-изображениях PPy (левая панель), PEDOT (средняя панель) и PANI (правая панель) свидетельствует о том, что наши проводящие полимерные пленки обладают хорошей морфологией. Благодаря тому, что стиль роста электрохимии был умеренной стационарностью, были достигнуты гладкие морфологии этих проводящих полимеров.

Выходные свойства генераторов постоянного тока на основе контактов полимер-металл-Шоттки

Вдохновленный генератором Au / PPy / Al из предыдущих работ Шао ²⁸ , для получения постоянного тока на выходе один металлический слой должен образуют омический контакт с проводящим полимером, а другой должен образовывать контакт Шоттки. Поскольку HOMO PPy ³² , PEDOT ³³ и PANI ³⁴ составляли — 5,6 эВ, — 5,2 эВ и — 4,84 эВ, соответственно, контакты между PPy и Au, PEDOT и Au, PANI и Cu являются омическими. контакты. Таким образом, были разработаны генераторы постоянного тока на основе Au / PPy / Al, Au / PEDOT / Al и Cu / PANI / Al.

Как показано на рис. 2a, все генераторы постоянного тока на основе Au / PPy / Al (левая панель), Au / PEDOT / Al (средняя панель) и Cu / PANI / Al (правая панель) производят прямые токовые выходы с большой продолжительностью, измеренные осциллографом.Кроме того, различная величина выходных напряжений (1,85 В, 0,2 В и 0,6 В для Au / PPy / Al, Au / PEDOT / Al и Cu / PANI / Al, соответственно) трех генераторов предполагает четкую связь выходного сигнала на как проводящие полимеры, так и контактные металлы. На рисунке 2b схематически показаны диаграммы энергетических зон Au / PPy / Al, Au / PEDOT / Al и Cu / PANI / Al. Согласно LUMO и HOMO PPy, PEDOT, PANI и работа выхода металла (Au: 5,1 эВ, Cu: 4,65 эВ, Al: 4,28 эВ и Ag 4. 26 эВ), контакт Au и PPy, контакт Au и PEDOT — омический контакт. контакт между Al и PPy, контакт между Ag и PEDOT и контакт между Al и PANI являются контактами Шоттки. Контакт между Cu и PANI также является контактом Шоттки. Поскольку ВЗМО PANI составляет -4,84, работа выхода металла (Au: 5,1 эВ, Cu: 4,65 эВ, Al: 4,28 эВ и Ag 4,26 эВ), весь металл образует контакт Шоттки с PANI. Однако работа выхода Cu приближена к PANI. Таким образом, хотя весь металл образует контакт Шоттки с ПАНИ, контакт между Cu и ПАНИ является приблизительным омическим контактом.Чтобы подтвердить состояние контакта между проводящим полимером и металлическим электродом, выполняются измерения I — В для всех различных контактов (как показано на рис. SI4). На рисунке SI3a изображен весь контакт: контакт между (Au – PPy) — омический, контакт между (Ag – PPy), контакт между (Al – PPy), контакт между (Cu – PPy) и контакт между ( Pt – PPy) являются контактами Шоттки. Рисунок SI3b показывает, что контакт между (Au-PEDOT) является омическим контактом, а контакт между (Ag-PEDOT), контактом между (Al-PANI), контактом между (Cu-PEDOT) и контактом между (Pt-PEDOT). ) являются контактами Шоттки.На рисунке SI3c показаны все контакты: контакт между (Au-PANI), контакт между (Ag-PANI), контакт между (Al-PANI), контакт между (Cu-PANI) и контакт между (Pt-PANI). ) являются контактами Шоттки. Однако контакт между Cu и PANI является относительно приблизительным омическим контактом.

Рисунок 2

( a ) Выходное напряжение генераторов постоянного тока, измеренное осциллографами, левая панель: Al / PPy / Au, средняя панель: Al / PEDOT / Au, правая панель: Al / PANI / Cu. ( b ) Предлагаемая диаграмма энергетического диапазона генераторов постоянного тока в автономном состоянии и в состоянии сжатия, левая панель: Al / PPy / Au, средняя панель: Al / PEDOT / Au, правая панель: Al / PANI / Cu.

Как показано на рисунке То есть, для генератора постоянного тока с конфигурацией металл / проводящие полимеры / металл один металл образует омический контакт с проводящим полимером, а другой металл образует контакт Шоттки с проводящим полимером ^34,35 .

Эта диаграмма энергетических диапазонов иллюстрирует механизм, лежащий в основе генератора постоянного тока. Выход постоянного тока возникает из-за механически индуцированного накопления межфазного заряда и изгиба энергетической зоны. В результате барьер Шоттки между проводящим полимером и металлом, который образует контакт Шоттки, уменьшает и приводит к перемещению электронов от проводящих полимеров к другим металлическим электродам ^{36,37,38,39,40} .{{\ frac {- \ phi} {{kT}}}} $$

(1)

, где A * — эффективная постоянная Ричардсона, Φ — эффективный барьерный потенциал, T — абсолютная температура, k — постоянная Больцмана. Таким образом, барьерный потенциал при деформации может быть оценен по формуле. (1).

Согласно приведенному выше уравнению выходные токи при внешних нагрузках связаны с высотой барьера Шоттки между металлом и проводящим полимером, который образует контакт Шоттки, что эквивалентно тому, что значение HOMO проводящего полимера вычитает работу функция контактирующего металла. Меняются ли LUMO и HOMO проводящего полимера, если проводящие полимеры испытывают деформацию? Вычислительное моделирование проводится для решения этого вопроса, как представлено ниже.

Расчетное исследование HOMO и LUMO проводящих полимеров для выявления механизма

На рисунке 3a показаны HOMO фрагментов кристаллов PPy (верхняя панель), PEDOT (средняя панель) и PANI (нижняя панель) в нормальном состоянии (левая панель) ), состояние сжатия (деформация 4%, средняя панель) и состояние растяжения (деформация 4%, правая панель) соответственно.Как показано на левой панели фиг. 3а, электронные плотности ВЗМО PPy в нормальном состоянии преимущественно локализованы на одном слое пиридинового кольца. В состоянии сжатия (деформация 4%) и в состоянии растяжения электронные плотности ВЗМО преимущественно локализованы на части пиридиновых колец в двух разных слоях. То есть электронные плотности ВЗМО фрагментов кристалла PPy изменяются вместе с их деформациями. Распределения электронных плотностей HOMO изменяются в PEDOT (средняя панель) и PANI (нижняя панель) в состоянии сжатия, а также в состоянии увеличения расстояния.

Рисунок 3

( a ) Распределения электронных плотностей HOMO PPy (верхняя панель), PEDOT (средняя панель) и PANI (нижняя панель) в нормальном состоянии (левая панель), состоянии сжатия (средняя панель) и состояние растяжения (правая панель). ( b ) ВЗМО в зависимости от деформаций (2%, 4%, 6%, 8%, 10%) для проводящего полимера PPy, PEDOT и PANI. ( c ) Относительное изменение HOMO PPy, PEDOT и PANI при деформациях.

В частности, поскольку запрещенная зона PANI чувствительна к добавкам ^41,42,43 , в хорошо подготовленную пленку PANI добавляли уксусную кислоту, которая служила в качестве легирующей добавки, для изменения ширины запрещенной зоны.Ширина запрещенной зоны ( E _g ) PANI между HOMO и LUMO рассчитывается как E _g = h c / λ. Где h — постоянная Планка, c — скорость света в вакууме, а λ — длина волны в УФ-видимом спектре поглощения PANI (как показано на рис. SI4a). Можно рассчитать, что E _g PANI до легирования и после легирования составляют 2,57 эВ и 2,84 эВ, соответственно. HOMO PANI между HOMO и LUMO рассчитывается по формуле: E _HOMO = — | eE _1/2 + 4.5 эВ + E _SCE |, где E _SCE — стандартный электродный потенциал электрода сравнения. E E _1/2 может быть извлечен из теста вольт-амперных характеристик ( CV ) (как показано на рис. SI4b). Можно рассчитать, что ВЗМО ПАНИ до легирования и после легирования составляют -4,84 эВ и -5,24 эВ соответственно. Выполните для — E _LUMO = — E _g — E _HOMO , LUMO PANI до и после легирования — 2.27 эВ и — 2,4 эВ соответственно. Следовательно, легирование может влиять на ширину запрещенной зоны (Eg) и HOMO PANI и дополнительно влиять на выходную мощность генератора постоянного тока на основе PANI.

Соответствующие НСМО проводящих полимеров в их нормальном состоянии, состоянии сжатия (деформация 4%) и состоянии растяжения (деформация 4%) также изучаются (проиллюстрировано на рис. SI5a), показывая четкое различие, подобное HOMOs. Изменения LUMO и HOMO проводящих полимеров в деформированном состоянии (сжатие или растяжение) указывают на то, что выходной сигнал может быть связан с изменением пограничной молекулярной орбитали проводящих полимеров.

Механическая деформация изменяет не только электронные плотности, но также значения LUMO и HOMO проводящих полимеров. Рассчитанные ВЗМО проводящего полимера: PPy, PEDOT и PANI показаны на рис. 3b. Как показано пустой линией на рис. 3b, деформация 2%, 4%, 6%, 8% и 10% может изменить HOMO (ΔHOMO / HOMO) фрагментов кристаллов PPy относительно на 0,204%, 0,484%, 0,871%. , 1.400% и 2.140% соответственно. (Значения барьера Шоттки тесно связаны со значениями HOMO проводящих полимеров и работой выхода контактирующих электродов).Для PEDOT при тех же деформациях 2%, 4%, 6%, 8% и 10% относительные изменения HOMO составляют 0,013%, 0,016%, 0,041%, 0,118% и 0,21% соответственно (синяя линия на рис. 3б). Для PANI относительные изменения составляют 0,451%, 0,946%, 1,491%, 2,094% и 2,763% соответственно (красная линия на рис. 3b). На рис. 3с сравнивается относительное изменение кривых сжатия HOMO и для PANI, PPy, PEDOT соответственно. При такой же деформации PANI явно демонстрирует гораздо большее изменение HOMO, чем PPy и PEDOT.Вспоминая, что генератор постоянного тока, который включает PANI, также показывает большее выходное напряжение, анализ показывает связь выхода с HOMO проводящих полимеров. Аналогично, зависимость НСМО от деформаций (2%, 4%, 6%, 8% и 10%) для проводящего полимера PPy, PEDOT и PANI показаны на рис. SI5b.

Выходное напряжение / ток генераторов постоянного тока с разными проводящими полимерами и разными электродами

Для реализации оптимизированного выхода генераторов постоянного тока необходимо четко указать, какой ведущий фактор связан с величиной выход.С этой целью обсуждаются три фактора: проводящие полимеры, контактирующие электроды образуют омический контакт и контактирующие электроды образуют контакт Шоттки соответственно.

На рисунке 4a представлены выходные токи (левая панель) и выходное напряжение (средняя панель) трех генераторов постоянного тока (Au / PPy / Al, Au / PEDOT / Al и Au / PANI / Al) с одинаковыми электродами, но разными проводящие полимеры. При 4% деформации сжатия выходные токи Au / PPy / Al, Au / PEDOT / Al и Au / PANI / Al составляют 120 мкА, 15 мкА и 80 мкА.5 мкА, соответственно, как показано на левой панели рис. 4а. Выходные напряжения составляют 1,3 В, 0,14 В и 0,46 В, как показано на средней панели рис. 4a. Примечательно, что значения напряжения Au / PEDOT / Al и Au / PANI / Al на рис. 4а отличаются от значений на рис. 2а (значения напряжения Au / PPy / Al на рис. 4а и рис. 2а составляют 1,3 В и 1,85 В соответственно, тогда как значения напряжения Au / PEDOT / Al на рис. 4а и на рис. 2а составляют 0,14 В и 0,2 В соответственно). Причину этого можно объяснить неисправностью оборудования, а именно: измерения напряжения на рис.4а и 2а получены анализатором полупроводниковых устройств Keysight B1500A и осциллографом соответственно.

Рисунок 4

( a ) Влияние различных проводящих полимеров на генератор постоянного тока. Выходные токи (левая панель) и выходные напряжения (средняя панель) генераторов постоянного тока: Au / PPy / Al, Au / PEDOT / Al, Au / PANI / Au (деформация сжатия 4%) соответственно. Правая панель: взаимосвязь выходных токов / напряжений с различными контактирующими металлами. ( b ) Влияние различных металлов, контактировавших по Шоттки (фиксированные металлы с омическим контактом), на генератор постоянного тока на основе ПАНИ.Выходные токи (левая панель) и выходные напряжения (средняя панель) генераторов постоянного тока: Cu / PANI / Al, Cu / PANI / Ag, Au / PANI / Cu, Pt / PANI / Cu (деформация сжатия 4%) соответственно . Правая панель: соотношение выходных токов / напряжений с различными контактирующими металлами. ( c ) Влияние различных металлов, контактировавших с металлами (фиксированный один металл, контактировавший по Шоттки), на генератор постоянного тока на основе ПАНИ. Выходные токи (левая панель), выходные напряжения (средняя панель) генераторов постоянного тока: Ag / PANI / Cu, Ag / PANI / Al, Ag / PANI / Au, Ag / PANI / Pt (деформация сжатия 4%) соответственно.{{\ frac {{- \ phi_ {deformation}}} {kT}}} $$

(2)

Согласно уравнению, где — Φ _{деформация} — изменение барьера Шоттки после деформации, выходные токи тесно связаны с изменением барьера Шоттки до и после деформации: — Φ _{деформация} = ( W _{без деформации} — HOMO _{без деформации} ) — ( W _{деформация} — LUMO _{деформация} ) = HOMO деформация ) = HOMO — LUMO _{без деформации} , то есть ΔHOMO (работа выхода металлов не изменяется при деформации). Более высокое значение ΔHOMO приводит к более высокой деформации Дж . Относительное изменение HOMO (ΔHOMO / HOMO) PPy, PEDOT и PANI при 4% деформации составляет 0,484%, 0,06% и 0,946% соответственно. Эта тенденция согласуется с наблюдением, что выходной ток / напряжение генератора на основе PPy выше, чем у PEDOT. Однако, хотя в деформированном состоянии относительное изменение ВЗМО PANI выше, чем у PPy, выход Au / PANI / Al ниже, чем выход Au / PPy / Al.Это можно объяснить характером контактов между проводящими полимерами и металлами. В генераторе Au / PANI / Al оба металлических слоя образуют контакт Шоттки с проводящим полимером; в генераторе Au / PPy / Al один металлический слой (Al) образует контакт Шоттки, а другой (Au) образует омический контакт. Эти результаты и анализ демонстрируют, что выходные свойства тесно связаны с HOMO проводящих полимеров при деформации.

Чтобы исследовать влияние металлических электродов на выходные свойства, мы конструируем различные генераторы с проводящим полимером, закрепленным за ПАНИ. Для начала, один металлический слой также фиксируется как Cu с PANI (контакт между Cu и PANI приблизительно соответствует омическому контакту), а в другом металлическом слое, образующем контакт Шоттки, используются различные металлы. Таким образом, исследуются генераторы Cu / PANI / Al, Cu / PANI / Ag, Cu / PANI / Au, Cu / PANI / Pt. Для этого уравнения. (2), выходные токи имеют тесную связь с деформацией Φ = ( W — H _{деформацией} ), где W и H _{деформация} представляет рабочие функции соприкасающегося металла и ВЗМО проводящих полимеров после деформации соответственно.Значения — Φ _{деформации} (Al-PANI) — Φ _{деформации} (Ag-PANI), — Φ _{деформации} (Au-PANI) и — Φ _{деформация} (Pt-PANI) составляет 0,96, 0,98, 0,14 и — 0,41 соответственно. Устройства: Cu / PANI / Al, Cu / PANI / Ag, Cu / PANI / Au, Cu / PANI / Pt следовали закону, который: высший — Φ _{деформация} (металл-ПАНИ) (относительное значение , а не абсолютное значение), тем выше выходной ток. Однако деформация Φ (Au-PANI) не соответствовала вышеуказанному закону. Дальнейшая работа будет проводиться для выяснения первопричины. Как показано на левой панели рис. 4b, выходные токи генераторов постоянного тока, состоящих из Cu / PANI / Al, Cu / PANI / Ag, Cu / PANI / Au, Cu / PANI / Pt, составляют 69 мкА, 800 мкА. мкА, 180 мкА и 20 мкА (деформация сжатия 4%) соответственно. Как показано на средней панели рис. 4b, выходные напряжения этих генераторов постоянного тока равны 0.6 В, 3,5 В, 1 В и 0,26 В (деформация сжатия 4%) соответственно. Независимо от выходных токов или выходных напряжений, они очень хорошо согласуются с законом: более высокие — Φ _{деформация} (металл-ПАНИ) приводит к более высокому выходному току. Следует подчеркнуть, что как выходной ток (800 мкА), так и выходное напряжение (3,5 В) генератора Cu / PANI / Ag намного выше, чем в предыдущей работе Shao et al . (максимальное напряжение 0,8–0,9 В, максимальный ток 200 мкА). Генератор Cu / PANI / Ag выделяется среди исследованных генераторов, поскольку при деформации HOMO PANI изменяется намного больше, чем HOMO PPy и PEDOT, так что значение — Φ _{деформация} (Ag-PANI) составляет намного больше. Между тем, этот генератор также гарантирует, что один металлический слой образует контакт Шоттки с проводящим полимером, а другой слой образует омический контакт. Соотношение выходных токов / напряжений с различными металлическими электродами, которые образуют контакт Шоттки с проводящими полимерами, интуитивно показано на правой панели рис.4b. Изменение выходного тока и выходного напряжения демонстрирует в основном одну и ту же тенденцию.

Расчетная эффективность преобразования энергии составляет около 16,8% для генератора Ag / PANI-HAc / Cu («Дополнительная информация»).

Чтобы дополнительно проиллюстрировать влияние металла, который образует контакт Шоттки с проводящими полимерами, полимер PANI в приведенном выше исследовании заменен на PEDOT (рис. SI6) и PPy (рис. SI7), соответственно, в то время как другие установки одинаковы. Та же тенденция наблюдается в PANI и PPy: более высокая — Φ _{деформация} (металл-PEDOT / PPy) приводит к более высокому выходному току.

В приведенном выше исследовании, а также в работе Шао один из двух металлических электродов образует омический контакт с проводящим полимером, а другой — контакт Шоттки. Могут ли генераторы выдавать ток / напряжение на выходе, если оба металлических электрода образуют контакты Шоттки с проводящим полимером? Для ответа на этот вопрос подготовлены генераторы постоянного тока на основе Ag / PANI / Cu, Ag / PANI / Al, Ag / PANI / Au и Ag / PANI / Pt. Следует отметить, что металлические электроды из Al, Ag и Au образуют контакты Шоттки с PANI, так что в этих генераторах оба металла образуют контакт Шоттки.К нашему удивлению, эти генераторы все еще вырабатывают ток и напряжение на выходе при деформации (4% в сжатом состоянии), как показано на рис. 4c. Как показано на средней и правой панели рис. 4c, хотя выходы генераторов с обоими металлами, образующими контакт Шоттки с проводящим полимером, меньше (74 мкА, 0,48 В для Ag / PANI / Al; 158 мкА, 0,9 В для Ag / PANI / Au; 6 мкА, 0,24 В для Ag / PANI / Pt), чем аналог генераторов с одним омическим контактом и одним контактом Шоттки (800 мкА, 3.5 В для Ag / PANI / Au), выходы по току все еще выше, чем у обычных трибоэлектрических наногенераторов (ниже 10 мкА).

Связь между выходным напряжением / током генераторов постоянного тока и внешними нагрузками

Помимо сбора энергии, рассмотренные выше генераторы постоянного тока также могут служить в качестве датчиков, поскольку их выходы показывают четкую взаимосвязь с внешними стимулами. . Наша предыдущая работа ³⁰ показала, что выходные характеристики генератора на основе PPy были тесно связаны с деформацией PPy.Механизм заключается в том, что количество накопленных пространственных зарядов на границе раздела электродов PPy / Al зависит от степени деформаций, что приводит к разной степени уменьшения барьера Шоттки и, следовательно, к изменению выходного тока / напряжения (согласно уравнению. 2).

Чтобы дополнительно проиллюстрировать взаимосвязь между выходным напряжением / током генераторов постоянного тока и создаваемыми на них нагрузками, напряжение / ток в зависимости от деформации генератора Au / PPy / Al показано на рис.SI8 с левой панелью для выходного тока и правой панелью для выходного напряжения. Выходные токи генератора Au / PPy / Al составляют 40 мкА, 89 мкА, 150 мкА и 170 мкА для деформации 2%, 4%, 6% и 8% соответственно, в то время как выходные напряжения генератора Au / PPy / Al генератора составляют 0,15 В, 0,19 В, 0,42 В и 0,77 В для деформации 2%, 4%, 6% и 8% соответственно. Как показано на правой панели рис. SI8, выходной ток / напряжение демонстрирует почти линейную зависимость от деформации. Кроме того, эта линейность также сохраняется для выходных сигналов генераторов постоянного тока на основе других проводящих полимеров (Ag / PEDOT / Au и Cu / PANI / Ag), как показано на рис.SI9 и SI10. Линейная зависимость между выходным током / напряжением и нагрузкой на генераторы в сочетании с большими выходными сигналами и гибкостью, представленными в предыдущих разделах, демонстрируют большие перспективы наших генераторов для применения в гибких датчиках.

Гибкая матричная матрица генератора постоянного тока для датчика механочувствительности

В последнее время большое внимание привлекла гибкая электроника с автономным питанием ⁴⁴ , интегрированная с устройствами сбора энергии (то есть генераторами постоянного тока).Из-за ограничений производства в предыдущей работе Шао заявленный генератор не был гибким и, следовательно, не практичным для применения в гибкой электронике. Применяемый здесь метод электрохимического осаждения позволяет интегрировать ряд генераторов постоянного тока на основе проводящих полимеров в гибкую электронику путем изготовления их на мягкой эластомерной подложке, такой как PDMS. Гибкость и растяжимость такого устройства позволяют конформный контакт с различными целевыми объектами, что открывает многообещающие возможности для применения в качестве матричного массива датчиков механочувствительности для приложений.

Для демонстрации этого приложения был изготовлен массив генераторов постоянного тока на подложке PDMS (4 × 4 пикселя в конфигурации с перекрестным пересечением), чтобы сформировать матричный массив датчиков механочувствительности для определения распределения деформации. Процедура изготовления проиллюстрирована на фиг. 5a, причем процесс такой же, как и для единичного устройства на фиг. 1c. Матричный массив датчиков механочувствительности на основе генератора постоянного тока возможно закрепить на теннисном мяче конформно (как показано на фотоизображении на рис.5б). Охарактеризованы электрические характеристики каждого блока сенсорной матрицы в матрице ощущений. Поскольку матричный массив прикреплен к теннисному мячу, каждый блок претерпевает разную величину деформации сжатия и выдает другой сигнал напряжения. Сигналы считывания тесно связаны с уровнем деформации проводящих полимеров в соответствии с деформацией, оказываемой на каждый измерительный блок. Выходные напряжения каждого блока измеряются и наносятся на график в двухмерных черно-белых координатах (рис.5в). Примечательно, что схемная конструкция матрицы гарантирует, что все выходные напряжения датчиков считываются индивидуально без перекрестных помех, а при этом записываются одновременно. Соответствующие деформации, оказываемые на каждый блок матрицы датчика механочувствительности, извлекаются из выходных напряжений и показаны на рис. 5d. Только чувствительные блоки имеют выходные сигналы, когда на них воздействуют напряжения, что свидетельствует об отсутствии перекрестных помех в матрице механочувствительности.

Рисунок 5

Тензодатчик на основе генераторов постоянного тока.( a ) Процесс изготовления массива генераторов постоянного тока. ( b ) Фотоизображения матрицы генератора постоянного тока, конформно прикрепленной к теннисному мячу. ( c ) Отображение выходного напряжения каждого блока в массиве. ( d ) Отображение давления, извлеченного из измеренных напряжений.

Генератор постоянного тока — обзор

4 Глобальные электрические цепи

Глобальная электрическая цепь образуется между поверхностью Земли и нижней ионосферой, обе из которых являются хорошими электрическими проводниками по отношению к атмосфере между ними.Источниками электричества в нижних слоях атмосферы являются грозы, ливневые облака, токи точечных разрядов, ионизация изотопами радона и галактические космические лучи (Siingh and Singh, 2010; Siingh et al. , 2013c; Kamra et al., 2015). Цепь замыкается током ясной погоды, удаленным от источника / генератора. Другие темы GEC обсуждаются в (Rycroft et al., 2000, 2007, 2008, 2012; Singh et al., 2004; Siingh et al., 2005, 2007, 2008, 2011, 2013b; Markson, 2007; Harrison et al. , 2008; Тинсли, 2008; Уильямс, 2009; Райкрофт, Харрисон, 2012).

Феномен и вовлеченные процессы имеют огромные временные и пространственные масштабы в диапазоне от 10 ^-6 с и 10 ⁹ с и 10 ^{— 9} м и 10 ⁹ м соответственно (Rycroft and Harrison, 2012) . Например, грозовые разряды действуют на микросекундных временных масштабах (Раков и Умань, 2003), а вариации солнечного цикла / долгосрочные вариации включают 10 ⁹ с. Точечные токи разряда образуют траву с острыми концами и остроконечные иглы хвойных деревьев, имеющие чешуйки миллиметрового размера, тогда как заостренные холмы / гребни могут иметь длину в сотни километров.Ионно-аэрозольное взаимодействие действует в масштабе 10 ⁻⁹ м (Аплин и др. , 2008; Rycroft и др., 2008). Учитывая, что глобальная электрическая цепь эквивалентна сферическому конденсатору с постоянной времени ~ 200 с, подробности о генераторах переменного тока (временная шкала <200 с) и генераторах постоянного тока (временная шкала> 200 с), присутствующих в атмосфере, обобщены на рис. (12) (по Rycroft, Harrison, 2012). Основные генераторы: грозы и наэлектризованные дождевые / ливневые облака способствуют восходящему току, который оценивается в 60% и 40% соответственно (Wilson, 1925; Rycroft et al., 2007), 80% и 20% соответственно (Odzimek et al., 2010) и 90% и 10% соответственно (Mach et al., 2011). Облака в ливне обычно переносят отрицательные заряды на землю в виде капель дождя (Liu et al., 2010). Мареев и др. (2008) с помощью численного моделирования обнаружили, что 55–75% зарядов нейтрализуются во время разряда молнии, а оставшиеся передаются на землю во время типичных вспышек облака-земля (CG). В случае внутриоблачных (IC) вспышек количество заряда, переданного ионосфере, составляет ~ 5–15%. Maggio et al. (2009) оценили, что перенос заряда из-за переходных процессов молнии составлял ~ 35% на землю во время вспышек CG, а во время вспышек IC перенос заряда вверх составлял ~ 12%. Примерно 75% вспышек IC и 25% вспышек CG (Раков, Умань, 2003). Это предварительное значение; точное соотношение количества вспышек мало известно (Schumann and Huntrieser, 2007). Маллиос и Пасько (2012) сообщили, что поток заряда в ионосферу существует на всех этапах эволюции грозы, а поток заряда на землю происходит только во время разрядов КГ и фаз рассеяния облаков.

Рис. 12. Диаграмма, показывающая границу между вариациями переменного тока (шкала времени <200 с) и постоянного тока (> 200 с) (по Rycroft and Harrison, 2012). Также диаграмма, показывающая огромные физические процессы горизонтальное слово и вертикальное слово диапазонов различных временных и временных масштабов соответственно, происходящие на разных высотах (подробности см. В Rycroft and Harrison, 2012).

Электродинамические свойства гроз, возникающих над поверхностью суши и океана, сильно различаются, что очевидно из измерений Mach et al. (2010). Основываясь на большом количестве измерений электрических полей / токов самолетами (~ 850 полетов над электрифицированными облаками), они обнаружили восходящий положительный ток в 93% случаев и токи отрицательной полярности в 7% случаев. Отрицательный ток может быть вызван грозами с обратной полярностью (Раст и МакГорман, 2002; Тессендорф и др., 2007). Восходящее положительное течение от штормов с молнией над океаном больше (~ 1,0 А) по сравнению с сушей (~ 0,43 А), в то время как отрицательное течение над сушей больше (~ -0,30 А), чем над океаном (~ -0.19 А) (Mach et al., 2010). При небольшом количестве штормов как над сушей, так и над океаном не сообщалось об измеримом течении.

Вклад в GEC от наэлектризованных ливней является как положительным, так и отрицательным +0,19 A и -0,17 A соответственно над океаном и +0,09 A и -0,12 A соответственно над поверхностью суши (Mach et al., 2010). Положительные значения — это токи от электрифицированного душа к земле, а ток от земли к электрифицированному ливню — отрицательный. Эти значения соответствуют результатам Rycroft et al.(2007) и Liu et al. (2010). Учитывая распределение гроз и ливневых облаков, Mach et al. (2011) оценил вклад в GEC от гроз над сушей и океаном в 1,1 кА и 0,7 кА соответственно, а вклад дождевых / ливневых облаков — 0,04 кА и 0,22 кА соответственно. Оказывается, это примерно 55% от поверхности суши и 45% от поверхности океана. Недавно Blakeslee et al. (2014) изучали сезонные вариации в суточном цикле молний и оценили вклад в глобальный ток от наземных гроз ~ 52%, океанской грозы ~ 31%, наземных ESC (электрифицированных ливневых облаков) ~ 2% и океанских ESC ~ 15%.Эти результаты предполагают, что штормы на суше и в океане сильно различаются по выходному электрическому току на вспышку. Причину этой разницы необходимо выяснить.

Разряды в средней атмосфере, обычно называемые TLE, могут действовать как электрические генераторы для глобальной электрической цепи, расположенной в стратосфере и мезосфере, а также влиять на вертикальную проводимость над грозами (Rycroft and Odzimek, 2009, 2010). Один спрайт может снизить потенциал ионосферы на ~ 1 В (Rycroft, Odzimek, 2009, 2010) и может иметь пространственные заряды порядка мкКл (Li and Cummer, 2011).Однако КНЧ-излучение, создаваемое током, протекающим в спрайте, сравнимо с излучением, излучаемым причинными разрядами молнии (Pasko et al., 1998; Li and Cummer, 2011; Rycroft and Odzimek, 2010). Таким образом, вклад спрайта как генератора постоянного тока невелик, но как генератора переменного тока он существенен. van der Velde et al. (2010) сообщили, что гигантский джет передал отрицательный заряд ~ 136 Кл за короткое время (~ 120 мс) от ионосферы к облаку. Лидерный процесс в синей стартовой и синей струях завершается, не достигнув нижнего края ионосферы, и, таким образом, влияет на вертикальную проводимость над грозой.Однако гигантские струи переносят заряды в ионосферу и влияют на потенциал ионосферы.

На ток в GEC могут также влиять космические лучи, которые вызывают ионизацию в нижних слоях атмосферы и изменяют проводимость и потенциал (Siingh and Singh, 2010). Основываясь на наблюдениях в течение 1966–1972 годов, Харрисон и Усоскин (2010) продемонстрировали положительную связь между потенциалом ионосферы и скоростью счета нейтронов в Климаксе, Колорадо. Потенциал ионосферы в максимуме Солнца был на ~ 17% меньше, чем в минимуме.Rycroft et al. (2008) оценили на ~ 6% меньше проводимости вблизи максимума Солнца из-за образования ионов космических лучей. Это может привести к примерно на 23% меньшему току в ясную погоду при солнечном минимуме, чем при солнечном максимуме. Установлено, что изменения облачного покрова на Востоке в Антарктиде связаны с резким увеличением вертикального электрического поля (Kniveton et al., 2008). Харрисон и Амбаум (2010) сообщили о среднем 10% -ном уменьшении количества облаков в обсерватории Леруик, Шетландские острова, Шотландия, связанном с 10% -ным уменьшением нейтронной скорости Climax.Таким образом, модуляция плотности тока, вертикального электрического поля и потенциала солнечной активностью и соответствующими изменениями космических лучей может обеспечить потенциальный механизм для понимания связи между космическими лучами и свойствами облаков.

Поток вертикального тока через облачный слой генерирует пространственные заряды на краях облака в широком (~ 65 км) регионе (Nicoll and Harrison, 2009a, 2009b). В другом измерении слоя слоисто-кучевых облаков Николл и Харрисон (2010) сообщили о наличии слоя пространственного заряда в основании облака.Измерения в области пространственного заряда показали, что заряды находятся в концентрации облачных капель, что означает изменение проводимости. Величина и знак заряда вблизи границ облака соответствовали расчету заряда капель потоком вертикального тока через облака с использованием закона Гаусса (Zhou and Tinsley, 2007).

На электрические свойства GEC также влияет присутствие аэрозолей естественного и антропогенного происхождения (Markson, 2007). Наличие пространственных зарядов в слоях вулканического пепла даже через месяц после извержения (Harrision et al., 2010), сахарная пыль на высоте нескольких километров над поверхностью (Nicoll et al., 2011) и пылевые дьяволы (Renno et al., 2004; Farrell et al., 2004) показывают, что высотное распределение аэрозольных частиц существенно влияет на электрические параметры. атмосферы. Чжоу и Тинсли (2010) сообщили, что аэрозоли могут увеличивать глобальное столбчатое сопротивление до 60–90%, и наибольший эффект исходит от континентальных пограничных слоев. Влияние облаков на глобальное столбчатое сопротивление составляет около 10% (Zhou and Tinsley, 2010), что также косвенно подтверждается измерениями вертикального течения и совмещенного облачного покрова с тонкой и толстой облачностью (Nicoll and Harrison, 2009a). .Даже наличие турбулентности в тропосфере влияет на зарядку капель вертикальным током (Tinsley, 2008).

Генератор постоянного тока — Что происходит внутри электрического генератора? — Высшее — OCR 21C — Редакция GCSE Physics (Single Science) — OCR 21st Century

Выходные данные динамо-машины на графике

Выходные данные динамо-машины можно отобразить на графике разности потенциалов-времени. На графике показана кривая, которая все время остается в одном и том же направлении. Форму кривой можно представить как синусоидальную кривую, отрицательная часть которой отражается на оси времени.Максимальную разность потенциалов или ток можно увеличить за счет:

• увеличения скорости вращения
• увеличения силы магнитного поля
• увеличения количества витков на катушке

На схеме показаны четыре различных положения катушки в динамо-машине и соответствующая разность потенциалов.

График разности потенциалов-времени для динамо-машины

A — Катушка находится под 0 °. Катушка движется параллельно направлению магнитного поля, поэтому разность потенциалов не возникает.

B — Катушка под углом 90 °. Катушка движется под углом 90 ° к направлению магнитного поля, поэтому наведенная разность потенциалов максимальна.

C — Катушка повернута на 180 °. Катушка движется параллельно направлению магнитного поля, поэтому разность потенциалов не возникает.

D — Змеевик под углом 270 °. Катушка движется под углом 90 ° к направлению магнитного поля, поэтому наведенная разность потенциалов максимальна.Здесь индуцированная разность потенциалов находится в направлении , в том же направлении , что и в точке B.

A — Катушка находится под углом 360 °, то есть она вернулась в исходную точку, сделав полный оборот. Катушка движется параллельно направлению магнитного поля, поэтому разность потенциалов не возникает.

Конструкция генератора постоянного тока

для ветряных турбин

Конструкция генератора постоянного тока с постоянным магнитом

Генератор постоянного тока представляет собой электрическую машину, которая преобразует механическую энергию в форме движения в электрическую энергию в форме постоянного напряжения и тока. используя принципы магнитной индукции.Выходное напряжение и ток, производимые конкретной конструкцией генератора постоянного тока, зависят от скорости его вала (об / мин) и подключенной к нему электрической нагрузки.

Скорость вала, необходимая для достижения определенного выходного напряжения, определяется нагрузкой. Чем меньше нагрузка, тем ниже частота вращения, необходимая для достижения заданного напряжения. Тогда генераторы постоянного тока с низкой частотой вращения являются популярным выбором для использования в системах зарядки аккумуляторов ветроэнергетики и гидроэнергетики.

Типовой генератор постоянного тока для ветряной турбины

Генератор постоянного тока получает энергию движения от лопастей ветряной или водяной турбины, прикрепленных к валу его ротора.Большинство генераторов переменного тока сконструированы так, чтобы работать слишком быстро, чтобы быть подключенными непосредственно к этим лопаткам турбины, поэтому для увеличения скорости генераторов переменного тока используются редукторы или системы шкивов.

Однако редукторы, повышающие скорость, представляют собой сложные механические элементы, требующие хорошей механической центровки и смазки для надежной работы, поэтому генераторы постоянного тока с низкой частотой вращения идеальны для этого типа применения.

Способ генерирования электричества постоянного тока состоит в том, чтобы вращать катушку внутри магнитного поля так, чтобы магнитные силовые линии, генерируемые магнитным полем, перерезались вращающейся катушкой.Мы из школы знаем, что магниты имеют два полюса, северный и южный, и что магнитный поток исходит от северного полюса и течет обратно к южному полюсу.

В генераторе постоянного тока эту магнитную цепь можно сделать двумя способами. Во-первых, подача выходной мощности некоторых генераторов обратно в его собственные катушки возбуждения для создания электромагнита, которым можно точно управлять, или, во-вторых, использование постоянных магнитов для генерации магнитного потока, а не тока в катушке с проволокой.

Преимущество постоянных магнитов заключается в том, что не требуется питание поля, поскольку магнитное поле постоянно возбуждается, что снижает затраты, а также это означает отсутствие потерь мощности I ² R в обмотке магнитного поля, что помогает увеличить КПД генераторов.

Магнитная теория учит нас, что напряжение индуцируется в катушке с проволокой из-за действия генератора. Действие генератора основано на законе электромагнитной индукции Фарадея, в котором прямоугольная катушка с N витками вращается в однородном магнитном поле. Магниты и катушки в генераторе постоянного тока сконфигурированы таким образом, что магнитный поток проходит через электрические катушки провода, соединяющего магнитную и электрическую цепи.

Все генераторы постоянного тока состоят из двух частей: одна часть называется «статор», поскольку она неподвижна, а другая часть, которая движется или вращается, называется «ротор».Обычно в конструкции генератора постоянного тока магнитное поле находится на статоре, а обмотка катушки, генерирующей энергию, находится на роторе.

Генераторы постоянного тока

работают, вращая или пропуская катушки мимо магнитов (или магнитов мимо катушек), при этом генерируемая электрическая энергия отбирается непосредственно от ротора, известного как «якорь» в машине постоянного тока, через угольные щетки с Магнитное поле, которое управляет мощностью, подается либо постоянными магнитами, образующими то, что обычно называют генератором постоянного магнита , либо катушками с обмоткой, образующими электромагнит, что создает генератор постоянного тока .

Вращающиеся катушки якоря проходят через это стационарное или статическое магнитное поле, которое, в свою очередь, генерирует электрический ток в катушках. Когда катушка якоря находится рядом с направлением магнитного потока статора, в катушке индуцируется максимальное напряжение, поскольку катушка перерезает большинство силовых линий магнитного поля.

По мере движения якоря его катушка теперь становится перпендикулярной магнитному потоку статора, и магнитные силовые линии не перерезаются, поэтому индуцированное напряжение в этот момент равно нулю.Затем, когда якорь генератора вращается в бесконечном цикле, его катушки постоянно перерезают линии магнитного потока, и в них индуцируется переменное постоянное напряжение. Этот процесс известен как «электромагнитная индукция».

В генераторе постоянного тока, когда якорь вращается на 360 ^o каждый оборот, генерируемый ток должен проходить через так называемый коммутатор, который состоит из медного кольца, разделенного на сегменты с изоляционным материалом между сегментами. Угольная щетка, контактирующая с сегментами коммутатора, передает электроэнергию на выходные клеммы, как показано.

Конструкция генератора постоянного тока

Сегменты коммутатора в генераторе постоянного тока заменяют непрерывные контактные кольца генератора переменного тока и являются основным отличием в их конструкции. Коммутатор механически меняет местами соединения катушки якоря с внешней цепью, создавая пульсирующее напряжение. Выходное напряжение пульсирует, потому что оно переключается в положение «ВКЛ» или «ВЫКЛ», но оно никогда не меняет полярность, в отличие от напряжений и токов переменного тока. Тогда, поскольку полярность на клеммах генератора остается постоянной, выходное напряжение будет постоянным.

Помимо генераторов с постоянными магнитами, генераторы постоянного тока могут также иметь катушку с намоткой поля для создания необходимого магнитного поля. Названия, используемые для описания этих типов генераторов постоянного тока, зависят от отношения и взаимосвязи каждой из катушек магнитного поля относительно якоря.

Два основных типа возбуждения обмотки возбуждения, используемые для генераторов постоянного тока, называются: самовозбуждение и раздельное возбуждение, и в зависимости от того, какая форма возбуждения поля используется, генератор постоянного тока классифицируется как «самовозбуждающийся генератор» или «Генератор с независимым возбуждением».

В основном, для генератора постоянного тока с отдельным возбуждением требуется отдельный внешний источник постоянного напряжения для обеспечения тока возбуждения через обмотку возбуждения. В то время как в самовозбуждающемся генераторе постоянного тока само генерируемое напряжение используется для возбуждения обмотки возбуждения того же генератора постоянного тока, как показано.

Классификация генераторов постоянного тока

Двумя основными соединениями для самовозбуждающейся машины постоянного тока являются «Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой», когда обмотка возбуждения состоит из относительно большого количества витков небольшого провода с высоким сопротивлением, используемого для ограничения протекания тока через поле. , включается параллельно или шунтируется с якорем.

«Генератор постоянного тока с последовательной обмоткой», где обмотка возбуждения сделана с относительно небольшим количеством витков, витки очень большого провода с очень низким сопротивлением соединены последовательно с якорем. Каждый тип конструкции генератора постоянного тока имеет свой набор преимуществ и недостатков, и какой из них вы будете использовать, зависит от вашего приложения.

Для зарядки аккумуляторов лучше всего подходят генератор постоянного тока с шунтовой обмоткой с самовозбуждением или генератор постоянного тока с постоянным магнитом, поскольку их выходное напряжение остается довольно постоянным в большом диапазоне скоростей вращения.

При зарядке батареи генератором постоянного тока частота вращения генератора должна сначала подняться до точки, при которой его выходное напряжение превышает напряжение на клеммах батареи, чтобы ток протек в батарею. Усилие, необходимое для поворота генератора (его входной крутящий момент), увеличивается, и пока необходимый входной крутящий момент может быть обеспечен лопастями первичного двигателя генератора, он будет продолжать заряжать аккумулятор.

Ток или сила тока генератора постоянного тока при любых оборотах в минуту определяется только подключенной нагрузкой аккумулятора, а не его скоростью вращения.Как только аккумулятор полностью заряжается, ток зарядки прекращается, и нагрузка фактически исчезает.

Если генератор PMDC продолжает приводиться в движение лопастями, напряжение на клеммах генератора будет расти, и независимо от того, насколько высоким станет напряжение на клеммах, если к генератору не подключена нагрузка, ток не будет протекать. Кроме того, если вы запускаете генератор постоянного тока без нагрузки, ток всегда будет нулевым, независимо от того, насколько высока его скорость вращения.

Затем при зарядке аккумуляторов генератором постоянного тока необходимо использовать регулятор напряжения и фиктивную резистивную нагрузку для защиты аккумулятора или полностью отключать генератор от аккумулятора, когда зарядный ток падает до нуля или напряжение на клеммах аккумулятора превышает его. номинальное значение.

Генератор постоянного тока является одним из ключевых компонентов ветряной или гидротурбинной системы, и, как мы видели, доступны различные варианты, которые различаются по своей сложности и типу выходной мощности, которую они могут обеспечить. Генераторы постоянного тока могут быть самовозбужденными или отдельно возбужденными. Даже простой электрический генератор может быть построен с использованием постоянных магнитов для создания генератора с постоянными магнитами.

Изобретение генератора постоянного тока облегчило нашу жизнь. Но из-за того, что якоря, щетки, коммутаторы и обмотки сложны и стоят больших денег, многие генераторы постоянного тока были заменены современными генераторами переменного тока и асинхронными машинами, которые более экономичны и потому что напряжения и токи постоянного или постоянного тока, когда требуется, может производиться электронными выпрямителями.

Чтобы узнать больше о «Генераторах постоянного тока» или получить дополнительную информацию о различных типах доступных генераторов постоянного тока, или изучить преимущества и недостатки использования генераторов постоянного тока на постоянных магнитах как части самодельной системы генерации постоянного тока, нажмите здесь, чтобы получить ваш экземпляр одной из лучших книг по генераторам и двигателям постоянного тока прямо от Amazon сегодня.

Разница между промышленными генераторами переменного и постоянного тока

Электромагнитная индукция — это процесс, посредством которого генераторы переменного и постоянного тока генерируют электрический ток.Процесс происходит, когда электрический ток проходит через изменяющееся магнитное поле, тем самым вызывая преобразование механической энергии в электрическую, но в чем разница между питанием переменного и постоянного тока?

Одно из ключевых различий между генераторами переменного и постоянного тока заключается в том, что в первом случае электрический ток меняет направление на противоположное, в то время как в последнем электрический ток постепенно течет в одном направлении. Ниже приведены несколько других различий между постоянным и переменным током.

Основы использования и конструкция

Генераторы переменного тока и постоянного тока служат разным основным целям. Это особенно заметно по типу устройств, которыми они питаются. Обычно генераторы переменного тока питают бытовые электроприборы и небольшие двигатели, такие как соковыжималки, пылесосы и миксеры.

Однако генераторы постоянного тока используются для питания больших электродвигателей, таких как те, что используются в системах метро. Батареи, используемые для автономных сетей, также заряжаются с помощью генераторов постоянного тока, поскольку они обеспечивают эффективное и надежное энергоснабжение.

В генераторе переменного тока катушка, через которую протекает ток, фиксирована, и магнит обычно движется. Южный и северный полюса магнита заставить ток течь в противоположных направлениях, тем самым создавая переменный ток.

В отличие от этого, катушка в двигателе генератора постоянного тока не фиксирована; скорее, он вращается в фиксированном поле. Два конца катушки прикреплены к коммутатор, который уравновешивает заряды к и от генератора , в результате получается ток, который не меняет направления.

Выходное напряжение и безопасность

Выходное напряжение, создаваемое генератором переменного тока, изменяется во времени и по амплитуде. Однако в генераторе постоянного тока выходная мощность часто стабильна. Он не меняется во времени и по амплитуде, потому что коммутатор уравновешивает напряжение.

Контакт переменного или постоянного тока с телом человека может быть опасным. Фактический эффект генератора переменного тока и постоянного тока варьируется, в зависимости от нескольких факторов, в том числе от количества подаваемого тока, того, как долго он находился в контакте с телом, пути прохождения ток, приложенное напряжение и сопротивление самого тела.

Выходная мощность генератора переменного тока обычно составляет 120 вольт и выше. Это высокое напряжение иногда может легко привести к травмам или даже смерти. в некоторых случаях. С другой стороны, генератор постоянного тока обычно имеет низкое напряжение. Как правило, постоянный ток дает тот же эффект, что и AC на человеческом теле, его поток постоянной силы должен быть в два-четыре раза больше, чем AC.

В чем разница между переменным и постоянным током Возможности подключения

Конструкция генератора постоянного тока обеспечивает беспроблемное подключение и эффективный поток энергии, поскольку не требует передаточного переключателя.Тем не мение, Генератор переменного тока часто требует значительных технических затрат и требует больших затрат на передачу электроэнергии в удаленные участки сети.

Ведущие поставщики переменного и постоянного тока Промышленные генераторы

В поисках надежного поставщика надежных промышленных сетей переменного и постоянного тока генераторы в США и Канаде?
Power Plus! является лидером в этой отрасли.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы задать любые вопросы.Свяжитесь с Power Plus по телефону (800) 863-2525 | [email protected]

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О мире беспроводной связи RF

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д.Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Умная парковка на базе Zigbee • Система умной парковки на основе LoRaWAN

---

RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.

---

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

---

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

---

Основы и типы замирания : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые замирания и т. Д., Которые используются в беспроводной связи. Читать дальше➤

---

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

---

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи по соседнему каналу, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

---

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

---

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ Учебников >>

---

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G Частотные диапазоны Учебник по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

---

Этот учебник GSM охватывает основы GSM, архитектуру сети, элементы сети, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS и восходящая линия связи PS.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

---

RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide

---

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест на соответствие устройства WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

---

Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основные сведения, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебное пособие по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH

---

Поставщики и производители радиочастотных беспроводных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, индуктор микросхемы, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

---

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здоровье населения *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: Часто мойте их
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь
3. ЛИЦО: Не трогай его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.

---

RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤ Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

---

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Tutorials

Различные типы датчиков

Поделиться страницей

Перевести страницу

Теория генератора постоянного тока

— Inst Tools

Генераторы постоянного тока

широко используются для выработки постоянного напряжения.Количество создаваемого напряжения зависит от множества факторов.

Производство напряжения

Для цепей постоянного тока необходимы три условия для наведения напряжения в проводнике.

Это:

1. Магнитное поле
2. Проводник
3. Относительное движение между двумя

Генератор постоянного тока обеспечивает эти три условия для создания выходного напряжения постоянного тока.

Теория работы

Базовый генератор постоянного тока состоит из четырех основных частей:

1. магнитное поле;
2. одиночный проводник или петля;
3. коммутатор; и
4. щетки

Магнитное поле может создаваться постоянным магнитом или электромагнитом.А пока мы будем использовать постоянный магнит для описания основного генератора постоянного тока (рисунок 3).

Рисунок 3: Основные операции генератора постоянного тока

Одиночный провод, имеющий форму петли, расположен между магнитными полюсами. Пока петля неподвижна, магнитное поле не действует (нет относительного движения). Если мы вращаем петлю, петля прорезает магнитное поле, и в петлю индуцируется ЭДС (напряжение).

Когда у нас есть относительное движение между магнитным полем и проводником в этом магнитном поле, и направление вращения таково, что проводник перерезает линии потока, в проводнике индуцируется ЭДС.Величина наведенной ЭДС зависит от напряженности поля и скорости сечения силовых линий, как указано в уравнении ниже. Чем сильнее поле или чем больше силовых линий перерезается в течение заданного периода времени, тем больше наведенная ЭДС.

E _г = KΦN

где

E _g = генерируемое напряжение
K = фиксированная постоянная
Φ = сила магнитного потока
N = скорость в об / мин

Направление индуцированного потока тока можно определить с помощью «правила левой руки» для генераторов.Это правило гласит, что если вы укажете указательным пальцем левой руки в направлении магнитного поля (с севера на юг) и укажете большим пальцем в направлении движения проводника, средний палец будет указывать в направлении тока. поток (рисунок 4).

В генераторе, показанном на рисунке 4, например, проводник, ближайший к полюсу N, проходит вверх по полю; следовательно, текущий поток находится в правом нижнем углу. Применение правила левой руки к обеим сторонам контура покажет, что ток течет в контуре против часовой стрелки.

Коммутатор Действие

Коммутатор преобразует напряжение переменного тока, генерируемое во вращающемся контуре, в напряжение постоянного тока. Он также служит средством соединения щеток с вращающейся петлей. Назначение щеток — подключить генерируемое напряжение к внешней цепи. Для этого каждая кисть должна соприкасаться с одним из концов петли. Поскольку петля или якорь вращаются, прямое соединение нецелесообразно. Вместо этого щетки подключаются к концам контура через коммутатор.

Рисунок 5: Сегменты и щетки коммутатора

В простом генераторе с одним контуром коммутатор состоит из двух полуцилиндрических частей из гладкого проводящего материала, обычно меди, разделенных изоляционным материалом, как показано на рисунке 5. Каждая половина сегментов коммутатора постоянно прикреплена к одному. конец вращающейся петли, и коммутатор вращается вместе с петлей. Щетки, обычно сделанные из угля, упираются в коммутатор и скользят по коммутатору при его вращении.Это средство, с помощью которого щетки контактируют с каждым концом петли.

Каждая щетка скользит по одной половине коллектора, а затем по другой половине. Щетки расположены на противоположных сторонах коллектора; они будут переходить от одной половины коммутатора к другой в тот момент, когда контур достигает точки вращения, и в этот момент индуцированное напряжение меняет полярность.

Каждый раз, когда концы контура меняют полярность, щетки переключаются с одного сегмента коммутатора на другой.Это означает, что одна кисть всегда положительна по отношению к другой. Напряжение между щетками колеблется по амплитуде (размеру или величине) от нуля до некоторого максимального значения, но всегда имеет одну и ту же полярность (Рисунок 6). Таким образом, коммутация выполняется в генераторе постоянного тока.

Рисунок 6: Коммутация в генераторе постоянного тока

Следует отметить один важный момент: когда щетки переходят от одного сегмента к другому, наступает момент, когда щетки контактируют с обоими сегментами одновременно.Индуцированное напряжение в этой точке равно нулю. Если бы индуцированное напряжение в этой точке не было равным нулю, возникли бы чрезвычайно высокие токи из-за того, что щетки закорачивали концы контура вместе. Точка, в которой щетки контактируют с обоими сегментами коммутатора, когда индуцированное напряжение равно нулю, называется «нейтральной плоскостью».

Возбуждение поля

Магнитные поля в генераторах постоянного тока обычно создаются электромагнитами. Ток должен течь через проводники электромагнита, чтобы создать магнитное поле.Для правильной работы генератора постоянного тока магнитное поле всегда должно быть в одном направлении.

Следовательно, ток через обмотку возбуждения должен быть постоянным. Этот ток известен как ток возбуждения и может подаваться в обмотку возбуждения одним из двух способов. Он может поступать от отдельного источника постоянного тока, внешнего по отношению к генератору (например, отдельно возбужденного генератора), или может исходить непосредственно от выхода генератора, и в этом случае он называется самовозбуждающимся генератором .

В самовозбуждающемся генераторе обмотка возбуждения подключена непосредственно к выходу генератора. Поле может быть подключено последовательно с выходом, параллельно с выходом или их комбинацией.

Для раздельного возбуждения требуется внешний источник, например аккумулятор или другой источник постоянного тока. Обычно он дороже, чем самовозбуждающийся генератор. Поэтому генераторы с раздельным возбуждением используются только там, где самовозбуждение неудовлетворительно. Они будут использоваться в тех случаях, когда генератор должен быстро реагировать на внешний источник управления или когда генерируемое напряжение должно изменяться в широком диапазоне во время нормальной работы.

Напряжение на клеммах

Выходное напряжение генератора постоянного тока зависит от трех факторов:

1. количество последовательно соединенных токопроводящих шлейфов в якоре,
2. оборотов якоря, а
3. напряженность магнитного поля.

Чтобы изменить мощность генератора, необходимо изменить один из этих трех факторов. В нормально работающем генераторе количество проводов в якоре изменить нельзя, и обычно нецелесообразно изменять скорость вращения якоря.Однако силу магнитного поля можно довольно легко изменить, изменяя ток через обмотку возбуждения. Это наиболее широко используемый метод регулирования выходного напряжения генератора постоянного тока (рисунок 7).

Рисунок 7: Изменение напряжения на клеммах генератора

Номинальные характеристики генераторов постоянного тока

Генератор постоянного тока имеет четыре номинала.

Напряжение: Номинальное напряжение машины зависит от типа изоляции и конструкции машины.

Ток: Номинальный ток зависит от размера проводника и количества тепла, которое может рассеиваться в генераторе.

Мощность: Номинальная мощность основана на механических ограничениях устройства, которое используется для поворота генератора, а также на тепловых пределах проводов, подшипников и других компонентов генератора.