Динамо машина. Виды и работа. Применение и особенности

Динамо-машина – это генератор постоянного тока, который вырабатывает электрическое напряжение в результате вращения специального приводного механизма. Такое устройство широко применялось до появления генераторов переменного тока. Сейчас динамо-машины встречаются значительно реже. Их в основном используют для питания осветительного оборудования на велосипедах, а также как часть конструкции некоторых видов ручных фонариков, радиоприемников, а также портативных зарядных устройств для мобильных телефонов, MP3 плееров и планшетов.

Как работает динамо-машина

Устройство состоит из катушки индуктивности, которая при вращении в магнитном поле вырабатывает электрическую энергию. Получаемый ток может передаваться оборудованию напрямую или заряжать аккумуляторную батарею, которая уже в дальнейшем будет питать потребителей. Принцип работы машины объясняется физическим законом Фарадея. Эффективность устройства напрямую зависит от скорости вращения катушки. Чем она выше, тем большее напряжение и силу тока можно получить.

Для подключения к простейшей динамо-машине можно использовать только такое оборудование, которое нормально переносит резкие скачки параметров напряжения. В первую очередь это светодиодные лампы. Для питания более чувствительного оборудования в конструкции предусматривается специальный контроллер, который предотвращает передачу критического заряда, способного навредить. Особенно это важно, если машина предназначена для подзарядки мобильного телефона.

Динамо машины для велосипедов

Самым эффективным и функциональным решением использования генератора постоянного тока (велогенератор) является его установка на велосипед. Такая динамо-машина позволяет получать электричество во время движения, поскольку подключается к переднему или заднему колесу. В ночное время без дополнительных усилий можно освещать дорогу впереди. Это повышает комфорт и безопасность движения. Кроме переднего фонаря генератор может питать и заднюю подсветку.

У таких динамо-машин может иметься встроенная батарея, которая сначала накапливает электричество, а уже потом передает его потребителям. Это исключает пульсацию света. Если аккумулятора нет, то яркость зависит только от скорости вращения колеса. При езде под гору, когда велосипед сильно замедляется, свет становится очень тусклым и практический не позволяет просматривать дорогу впереди. Современные велосипедные генераторы в основном выдают напряжение 6В. Это обусловлено тем, что они питают светодиоды, для которых этого вполне достаточно. Старые динамо-машины, известные велосипедистам советских времен, создавали напряжение 12В.  Это было вызвано тем, что они питали обыкновенные лампы накаливания, которые встречаются на мотоциклах или автомобилях.

Для велосипедов применяются различные конструкции динамо-машин. Среди самых популярных разновидностей можно отметить:

• Бутылочная.
• Втулочная.
• Цепная.
• Бесконтактная.

Бутылочные

Такая динамо-машина получила свое название в связи со своей схожестью по форме с обыкновенной стеклянной бутылкой. В ее конструкции предусматривается специальное колесико, которое прикладывается к боковой стороне протектора колеса велосипеда. В результате трения оно поворачивается, что приводит к выработке электричества. Такой вариант весьма распространен в связи с простотой установки и невысокой стоимостью. Эта конструкция имеет откидной механизм, благодаря которому генератор можно при необходимости прикладывать к покрышке колеса или убирать в дневное время, когда свет не нужен.

Эта конструкция не лишена и недостатков. В первую очередь она очень шумная, а кроме этого ускоряет износ шины. При долгом пользовании на покрышке остается глубокая борозда истертая колесиком генератора. Также создается сопротивление движению оборотам велосипедного колеса, что снижает накат. В сырую погоду, когда шины мокрые, колесико динамо-машины проскальзывает, и эффективность выработки электричества снижается.

Втулочные

Такая динамо-машина монтируется в колесо. Это конструкция весьма удачна, поскольку практически не создает шума. Кроме того, она не останавливает вращение колес, что сохраняет набранную скорость езды. Втулочная машина имеет недостаток в виде большой стоимости, а также сложности установки. Не во всех велосипедах возможно провести монтаж миниатюрного генератора без необходимости сложных ухищрений и переделок.

Цепные

Цепные динамо-машины имеют внутри специальную звездочку, которая при контакте с цепью начинает вращать катушку генератора. Такая конструкция весьма хлипкая и если ее плохо зажать, то может отклониться и попасть в спицы, в результате повредив колесо и вызвав аварийную ситуацию. Положительным моментом таких динамо-машин является наличие USB-порта, что позволяет подзаряжать от него мобильный телефон.

Бесконтактные

Самой совершенной является бесконтактная динамо-машина. Она довольно дорогая. В ней нет трущихся элементов, поэтому генератор вообще не создает никакого звука. Зачастую в ней имеется встроенный аккумулятор, что позволяет накапливать энергию наперед, и сохранять хорошее освещение даже при медленном движении в гору. Такое устройство обычно фиксируется на оси переднего колеса. Для обеспечения его работы на спицы устанавливается ободок из магнитов, который вращается изменяя параметры магнитного поля воздействующего на катушку. Обычно ободок имеет 28 магнитов с разными полюсами. Благодаря тому, что в такой динамо-машине применяется индукционная катушка, то энергия вырабатывается даже при низкой скорости, всего в 15 км в час.

Фонарик с динамо-машиной

Весьма распространенными являются ручные фонарики с встроенным генератором постоянного тока. Чтобы получить свет необходимо вращать специальную откидную рукоятку, которая для удобства прячется в корпус. Такие устройства бывают двух видов. В одних имеется встроенный батарея, а вторые передают заряд напрямую на светодиоды. При использовании первых можно предварительно подзарядить аккумулятор и пользоваться им на протяжении определенного времени без применения физического воздействия на генератор. Такие устройства дают ровный не пульсирующий свет, но стоят немного дороже и имеют больший вес. Самыми простыми являются фонарики без АКБ, у которых динамо-машина сразу передает заряд на диоды. Такие устройства светятся только при вращении рукояти. Если снизить интенсивность оборотов, то яркость уменьшается. Кроме этого наблюдается постоянная пульсация свечения, что вызывает усталость глаз.

Фонарики создают много шума при работе генератора, поэтому при приближении человека, который пользуется таким устройством, об этом скорее узнают по звуку, чем свечению слабенького светодиода. Для работы динамо-машины кроме вращения рукояти может предусматриваться специальный рычаг, который необходимо нажимать и отпускать, как спортивный эспандер для кисти. Это менее эффективная конструкция, но позволяет получать свет используя одну руку.

Радиоприемник с динамо-машиной

На рынке можно встретить радио, которое оснащено рукояткой для выработки энергии. Чтобы немного послушать трансляцию радиостанции необходимо предварительно поработать динамо-машиной и зарядить тем самым встроенный аккумулятор. Стоит отметить, что это малоэффективное устройство, создающее много шума. Одновременно слушать музыку и вращать рукоятку не удастся, поскольку динамик не сможет перекричать скрежет генератора. Единственным положительным моментом радио является создание нагрузки на мышцы. Он больше выступает тренажером для рук, чем полноценным FM-приемником. По этой причине многие производители предусматривают возможность подзарядки встроенного в устройство аккумулятора от электрической сети. Иногда в корпусе может предусматриваться место для установки обыкновенных пальчиковых батареек типа АА.

Зарядное устройство для мобильных телефонов с динамо-машиной

Для любителей активного отдыха или жителей удаленных местностей, где наблюдаются проблемы с электроснабжением, полезным устройством будет зарядное устройство с встроенным генератором постоянного тока. Внешне оно представляет собой небольшую коробку с откидной рукояткой, которая при вращении вырабатывает электрический ток подходящих параметров для питания мобильного телефона или другого портативного устройства. Для этого в корпусе предусматривается USB порт, с помощью которого можно подключить зарядной кабель смартфона.

Обычно такие устройства имеют встроенную аккумуляторную батарею, что позволяет сначала накапливать заряд на нее, а уже потом передавать его на телефон, как с повербанка. Обычно динамо-машина способна вырабатывать на максимальных оборотах ручки около 600 мАч в час. Это довольно скромный показатель, поэтому рассчитывать на полноценную полную зарядку смартфоном не приходится. Потребуется непрерывная работа рукояткой часами, чтобы восполнить всю емкость батареи. Несмотря на это устройство сможет выручить в сложной ситуации, ведь для совершения срочного звонка, когда телефон полностью разряжен, достаточно потрудиться над динамо-машиной 5-6 минут.

Обычно производители монтируют на корпусе таких устройств солнечную батарею. Благодаря этому выставив динамо-зарядку на открытый участок, где на нее попадает дневной свет, можно понемногу восполнять зарядку встроенного аккумулятора без необходимости вращать ручку. К сожалению, небольшая площадь солнечной батареи выдает поток электричества примерно 40 мАч, что естественно очень мало. При решении приобрести подобное устройство необходимо учитывать, что она очень шумное, поэтому будет не лучшей альтернативой восполнить зарядку смартфона для рыбаков или охотников.

Похожие темы:

Динамо машина (Велогенератор). Виды и особенности. Работа

Генератором электрической энергии называется устройство, преобразующее химическую, механическую или тепловую энергию в электрический ток. Таким генератором, использующимся на велосипедах для питания задних фонарей и передней фары, является динамо-машина.

Разновидности

Существующие виды велосипедных динамо-машин заводского исполнения.

Бутылочная

Этот вид велосипедного генератора наиболее доступный и простой. Однако его мощность не самая большая из всех видов. Приводной ролик генератора вращается за счет касания к протектору шины колеса во время движения.

Втулочная динамо-машина

Динамо-втулка по своему устройству является осевой динамо-машиной. Исполнения таких моделей могут быть различного вида. Стоимость втулочного генератора довольно высока. Установка более сложная, по сравнению с бутылочным вариантом.

При приобретении необходимо проверить число спиц и метод фиксации установочного колеса. К достоинствам втулочного генератора относится его защищенность от влаги, в отличие от бутылочного генератора, приводной ролик которого в сырую погоду проскальзывает по покрышке велосипеда. Устройство заключено внутри втулки колеса, и работа происходит от его вращения.

К недостаткам такого устройства относится то, что выключить работу втулочного генератора не получится.

Цепная

Цепной вариант велосипедного генератора встречается достаточно редко. Однако есть несколько разных исполнений этого вида. Устройство может оснащаться USB портом для зарядки мобильных гаджетов.

Недостатком такой конструкции является малый срок службы, так как при эксплуатации происходит воздействие металлической велосипедной цепи на пластиковые элементы генератора.

Бесконтактная

Это оригинальная динамо-машина с бесконтактным принципом действия. Колесо велосипеда играет роль ротора. На колесо фиксируется специальный обруч, на котором закреплены 28 магнитов. Они расположены поочередно, с разными полюсами.

Статором является индукционная катушка, в которой вырабатывается электрический ток. В эту систему включена аккумуляторная батарея для накопления энергии. По заверениям производителя для обеспечения нормального светового потока достаточно двигаться со скоростью 15 км в час.

Достоинствами этой конструкции является:

• Отсутствие трущихся элементов.
• Бесшумная эксплуатация.
• Неограниченный срок эксплуатации (кроме батареи аккумуляторов).

Недостатком бесконтактной модели является малая емкость аккумуляторов. Ее хватает всего на несколько минут. Однако многие умельцы легко исправляют этот недостаток различными способами, в том числе заменой батареи на более мощную.

Другие конструкции

В настоящее время очень популярны различные интересные устройства, которые изготовлены в Китае. Иногда видишь такие устройства, которые раньше нигде не производили. Даже их принцип действия не всегда понятен, однако они работают.

Такое китайское устройство можно смело назвать велогенератором будущего. Динамо-машина из поднебесной выглядит по аналогии фантастических фильмов. Судя по внешнему виду, для ее функционирования нет необходимости в контакте с шиной колеса или цепью. Также нет никаких магнитов.

Принцип ее работы не совсем понятен. Возможно, это является технологическим секретом завода изготовителя.

Конструктивные особенности и работа

Наиболее популярной моделью динамо-машины на велосипедах является ее бутылочная конструкция, за ней идет динамо-втулка. Остальные виды используются значительно реже. Поэтому рассмотрим самые распространенные модели.

Динамо-бутылка

Динамо-машина бутылочного вида работает на боковой части передней шины велосипеда. Выполнена в виде небольшого генератора электрической энергии, и служит для работы заднего фонаря и передней фары велосипеда, а также зарядки электронных мобильных устройств.

Такой мини-генератор может монтироваться как на переднее колесо, так и на заднее. В первом случае устройство может совмещаться со встроенным фонарем. Для отключения генератора предусмотрен специальный откидной механизм, фиксирующий корпус генератора в том положении, когда нет соприкосновения с шиной колеса велосипеда.

Название этого устройства происходит от внешнего сходства формы с бутылкой. Бутылочный велогенератор имеет и другое название – боковое динамо. Приводной резиновый или металлический ролик приводится во вращение на боковой стороне шины колеса. При движении велосипеда шина придает вращательное движение ролику велогенератора, который вырабатывает электрический ток.

Достоинства

• Отключенный привод генератора не оказывает сопротивления движению велосипеда. При включенном генераторе велосипедисту приходится прикладывать больше силы для движения. Динамо-втулка в отличие от бутылочного велогенератора, всегда оказывает сопротивление вращению колеса, хотя значение этого сопротивления незначительно. Если бутылочный велогенератор включен, но фонари и фара не подключены к питанию, то сопротивление движению велосипеда меньше.
• Легкая и простая установка. Такое устройство легко установить на любой велосипед, в отличие от втулочного генератора, для установки которого необходима сборка всего динамо-колеса со спицами.
• Небольшая стоимость. Такие модели обычно стоят дешевле других видов велосипедных генераторов, хотя бывают и исключения из этого правила.

Недостатки

• Сложная настройка. Требуется тщательная настройка и регулировка соприкосновения с покрышкой колеса под определенным углом, давлением в шине, высотой. Если велосипед упадет, либо ослабнут фиксирующие винты, генератор может быть поврежден. Неправильно отрегулированное устройство генератора будет издавать много шума, создавать чрезмерное сопротивление, проскальзывать по колесу. Если винты крепления слишком ослабнут, то механизм может сдвинуться с места и попасть в спицы колеса, что приведет к поломке спиц и выходу колеса велосипеда из строя. Некоторые велогенераторы оснащены специальными петлями, предохраняющими их попадание в спицы.
• Для переключения требуется физическое усилие. Чтобы привести в действие генератор, необходимо переместить его корпус до соприкосновения с колесом. Втулочные генераторы могут включаться автоматически или с помощью электроники. Для этого не нужно прикладывать усилия.
• Повышенный шум. При эксплуатации слышен шум в виде жужжания, в то время как динамо-втулки не создают шума.
• Износ шины колеса. Для эксплуатации генератора требуется соприкосновение с шиной, в результате происходит трение и износ покрышки. Если сравнить с динамо-втулкой, то там трение с покрышкой отсутствует.
• Сопротивление движению. Бутылочная динамо-машина оказывает значительно больше сопротивление движению велосипеда, чем втулочная модель. Однако при правильной настройке сопротивление незначительное, а в отключенном виде отсутствует.
• Проскальзывание. При сырой дождливой погоде приводной ролик бутылочного генератора будет скользить по шине колеса, что уменьшает выработку электрического тока и снижает яркость света фары и заднего фонаря. Втулочные генераторы не требуют для работы хорошего сцепления с покрышкой, и не зависят от погоды и других неблагоприятных условий.

Динамо-втулка

Втулочная конструкция велогенератора разработана в Англии, а производится различными фирмами во многих странах. Мощность такой конструкции может достигать 3 ватт при напряжении 6 вольт. Технологии их изготовления постоянно совершенствуются, размеры конструкции становятся меньше и мощнее. Современные фары для велосипеда стали излучать более эффективный свет, так как применяются светодиоды и галогенные лампы.

Динамо-втулки при работе не создают шума, но их масса больше, чем у других моделей. Трущиеся части во втулочном варианте устройства отсутствуют. Они функционируют за счет магнита, имеющего множество полюсов, и выполненного в виде кольца. Он находится в корпусе втулки и вращается вокруг неподвижного якоря с катушкой, зафиксированной на оси. Сопротивление вращению такой конструкции очень незначительное.

Динамо-втулки вырабатывают переменный ток. На малых скоростях вырабатывается больше электричества, по сравнению с бутылочной моделью, за счет низкой частоты тока. Существуют схемы выпрямителей для динамо-машины. Они выполнены по простой схеме моста из четырех диодов.

Динамо-машина втулка вырабатывает низкое напряжение, поэтому при применении кремниевых диодов потери составляют значительную величину – 1,4 вольта. С германиевыми диодами потери снижаются, и составляют всего 0,4 вольта.

Принцип работы динамо-машины

Динамо-машина вырабатывает электрический ток с помощью эффекта электромагнитной индукции. Ротор вращается в магнитном поле, в результате чего в обмотке возникает электрический ток. Концы обмотки ротора подключены к коллектору, выполненному в виде колец. Через них с помощью прижимающихся щеток электрический ток поступает в сеть.

Ток в обмотке имеет максимальное значение, если ротор находится перпендикулярно по отношению к магнитным линиям.  Чем больше угол поворота обмотки, тем ток меньше. Вращение обмотки в магнитном поле изменяет направление тока за один оборот два раза. Поэтому ток называют переменным.

Подобный генератор для постоянного тока изготавливается на этом же принципе. Разница в некоторых деталях. Концы обмотки соединяют не с кольцами, а с полукольцами, которые изолированы друг от друга. При вращении обмотки щетка контактирует поочередно с каждым полукольцом. Поэтому ток, поступающий на щетки, будет иметь только одно направление и будет постоянным.

Похожие темы:

Бесконтактная динамо-машина своими руками

Эта страница содержит инструкцию по сборке своими руками простой бесконтактной динамо-машины из обмотки реле и магнитов жесткого диска. Самодельная динамо-машина может питать заднюю мигалку и переднюю фару. Если вас интересует педальный генератор для питания оборудования, то смотрите серию статей про сборку мощного электрического генератора своими руками из автомобильной динамо-машины и велосипеда.

Электрическая схема питания задней мигалки достаточно простая. Она содержит только три ярких красных светодиода и конденсатор на 4700 нФ. Конденсатор используется только для стабилизации напряжения на одном из светодиодов. Остальные два светодиода мерцают во время прохождения магнитов возле обмотки. Если вы хотите, чтобы мерцали все три светодиода, то можно удалить конденсатор. Если параллельно подключить несколько светодиодов, то немерцающий светодиод будет продолжать светить даже во время остановки.

Во второй части инструкции мы создадим схему питания пяти белых ярких светодиодов передней фары с помощью двух катушек. Эта схема полностью независима от первой схемы питания заднего фонаря.

1. Передняя фара с пятью белыми светодиодами
2. Задний фонарь с тремя красными светодиодами и конденсатор на 4700нФ
3. Катушка второй схемы, питающей переднюю фару
4. Катушка первой схемы, питающей задний фонарь
5. Магнит жесткого диска

1. Магнит жёсткого диска
2. Обмотка реле

Если вы хотите улучшить схемы, то на сайте сможете найти более совершенные схемы по теме: схемы питания светодиодных фар от динамо-машин, схемы аккумуляторных фонариков, схему зарядки аккумуляторов от динамо-машины, различные виды велогенераторов и т. д.

Схема заднего фонаря с динамо-машиной.

1. Старое реле

1. Контакты катушки
2. Крепёжный винт

Чтобы не тратить время на сборку катушки своими руками, лучше попробуйте найти какое-нибудь старое реле. Панель на рисунке выше я достал из старой миниАТС. На второй картинке показана катушка из разобранного реле.

Сопротивление катушки должно находится в границах между 100 и 200 ом. Сопротивление изображённой на рисунке катушки составляет 200 ом. Чем больше сопротиление катушки, тем больше генерируется энергии, но вместе с тем и падает эффективность из-за возрастания потерь в катушке.

1. Нержавеющая сталь

Далее нужно будет достать неодимовые магниты из жесткого диска. В моей динамо-машине на заднем колесе используется три таких магнита, но вы можете использовать гораздо больше, если вы способны их надёжно закрепить.

1. Три импульса за время одного оборота колеса, так как используется три магнита

1. Модель катушки с напряжением, предварительно записанным от реально существующей катушки
2. Основная схема их трёх красных ярких светодиодов и конденсатора на 4700 нФ
3. Резистор, используемый для измерения токов в симуляции

1. Зарядка конденсатора, исходное состояние 2.2 В
2. Ток светодиода 3
3. Напряжение катушки
4. Ток конденсатора

На осциллографе можно проследить за напряжением, генерируемом катушкой. Записанный сигнал можно импортировать в программу моделирования схем и попробовать смоделировать свой проект.

В симуляции у меня к сожалению не получилось добится постоянной проводимости у светодиода 3 несмотря на то, что на реальной схеме у меня это вышло. Возможно так случилось из-за отсуствия катушек индуктивности в модели катушки.

Обратите внимание, что схема не симметрична, так как генерируемая катушкой энергия сосредоточена на положительных значениях. Распределение энергии зависит от конструкции магнита и используемой катушки.

1. Исходная система с батарейками, которые уже не нужны
2. Крепление

Нам потребуется дешёвый задний светодиодный фонарь, в который будет установлена наша новую систему.

Схема передней фары с питанием от динамо-машины.

1. «Водонепроницаемая» пластмассовая оболочка
2. Исходная мерцающая схема с пятью яркими зелёными светодиодами
3. Отражающий пластик

Схема передней фары полностью независима от первой части проекта. Она состоит их двух обмоток реле и передней фары.

1. Двойной переключатель питания со старого компьютера

1. Исходная схема
2. Собранная схема

Это схема питания пяти ярких светодиодов с помощью двух катушек. Они не вырабатывают энергию одновременно. Если их подключить последовательно, одна катушка будет поглощать часть энергии другой катушки. В данной схеме этого не происходит.

Чтобы мерцали все светодиоды, здесь специально не используются конденсаторы. Единственное место куда можно поставить конденсатор — это параллельно со светодиодом 3, поскольку на него никогда не поступает отрицательное напряжение. В итоге у вас будет один немерцающий светодиод и четыре мерцающих.

Сопротивление катушки должно быть в пределах 100 — 200 ом, но в моей схеме используется две катушки на 600 ом и у меня всё замечательно работает.

1. Магнит жесткого диска
2. Катушка на 600 ом из второй части инструкции
3. Катушка на 200 ом из первой части инструкции
4. Катушка на 600 ом из второй части инструкции

История создания и принцип работы динамомашины — Техножук

В 1831 году английский физик Михаил Фарадей открыл очень интересное явление и вывел из него закон электро­магнитной индукции. Сущность электромагнитной индукции заключается в том, что в медном проводе, если его вращать в неоднородном магнитном поле, то-есть между полюсами магнита или электромагнита, возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле возбуждает движение электро­нов, и по проводнику начинает течь электрический ток.

Но откуда же появилось электромагнитное поле и элек­трический ток, спросите вы, если у нас находится только обыкновенная медная проволока, намотанная на металличе­ский стержень?
Дело в том, что металлический стержень обладает маг­нитным свойством. Но пока стержень этот—немагнитный, потому что магнитные частицы расположены в нем неупорядо­ченно, как попало. Если эти магнитные частицы привести в порядок, то-есть расположить согласно магнитным полюсам, то стержень приобретает свойство магнита и будет притяги­вать к себе металлические предметы. Такое упорядочение магнитных сил можно произвести путем намагничивания стержня постоянным магнитом или электрическим током с помощью катушки. Можно это сделать и с помощью силь­ного вращения одного электромагнита вокруг другого.

В 1831 году английский физик Михаил Фарадей открыл очень интересное явление и вывел из него закон электро­магнитной индукции. Сущность электромагнитной индукции заключается в том, что в медном проводе, если его вращать в неоднородном магнитном поле, то-есть между полюсами магнита или электромагнита, возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле возбуждает движение электро­нов, и по проводнику начинает течь электрический ток.
Но откуда же появилось электромагнитное поле и элек­трический ток, спросите вы, если у нас находится только обыкновенная медная проволока, намотанная на металличе­ский стержень?

Дело в том, что металлический стержень обладает маг­нитным свойством. Но пока стержень этот—немагнитный, потому что магнитные частицы расположены в нем неупорядо­ченно, как попало. Если эти магнитные частицы привести в порядок, то-есть расположить согласно магнитным полюсам, то стержень приобретает свойство магнита и будет притяги­вать к себе металлические предметы. Такое упорядочение магнитных сил можно произвести путем намагничивания стержня постоянным магнитом или электрическим током с помощью катушки. Можно это сделать и с помощью силь­ного вращения одного электромагнита вокруг другого.
В стержне электромагнита всегда имеются слабые следы магнетизма, которые возбуждают в обмотках слабый электри­ческий ток. А когда начинают вращать один электромагнит вокруг другого, электромагнит намагничивается еще силь­нее, а усиление магнитных сил увеличивает ток в обмот­ках и т. д. Таким образом при наибольшей скорости вра­щения электромагнита ток в обмотке достигает полной силы. Собранный при помощи специального устройства, называемого коллектором, электрический ток направляется во внешнюю электрическую цепь. Следовательно напряже­ние, даваемое таким устройством, зависит от магнитной способности сердечника, скорости вращения и длины обмот­ки электромагнита. Но практическое применение этого зако­на сначала пошло не по линии создания производителя электроэнергии, а по линии ее потребителя—электромотора.

Вскоре после открытия Фарадеем закона электромагнит­ной индукции, в том же 1831 году, был построен первый прибор, преобразующий электрическую энергию в механи­ческую. Следует заметить, что Фарадей, открыв явление электромагнитной индукции, еще не создал электродвигателя.
Первые изобретатели электродвигателей придерживались при их конструировании принципов работы паровых машин.
Так, один из первых конструкторов электродвигателя—Бур-буз сделал точную копию паровой машины, заменив цилин­дры электромагнитами, а поршни—металлическими якорями. Переключатель напряжения — современный коллектор—также был выполнен в виде золотниковой коробки паровой маши­ны. Такой двигатель представлял собой две пары электро­магнитов, между которыми была установлена стойка с коро­мыслом. На коромысле помещались якоря, и в то же время коромысло было соединено системой рычагов с маховиком. От кулачка маховика шел шток к переключателю в виде зо­лотниковой коробки. При включении тока одна пара электро­магнитов притягивала к себе якорь, приводя в движение рычаги и поворачивая маховик. При притяжении якоря к пер­вой паре электромагнитов, шток переключателя переводил ползун и, разрывая действующую цепь, включал тут же цепь второго электромагнита. Второй якорь притягивался ко вто­рой паре электромагнитов, рычаги перемещались и вращали маховик дальше.
Первые электродвигатели, действовавшие по принципу так называемого возвратно-поступательного движения, были очень слабы и не могли быть практически применены. Но уже в 1834 году русский академик Борис Семенович Якоби, который открыл гальванопластику, построил первый электро­двигатель без возвратно-поступательного движения. В его двигателе рабочая часть, то-есть якорь, совершала враща­тельное движение, как и в современном электромоторе.
Первый электромотор Якоби был очень прост по устрой­ству: над электромагнитами устанавливалась горизонтальная оеь с насаженными на нее деревянными кругами, в которые по окружности были вставлены металлические стержни. На конце оси была прикреплена металлическая звездочка с коли­чеством зубцов, равным количеству металлических стержней якоря. К звездочке приставлялась пружина, которая при вращении якоря поочередно касалась зубцов звездочки и тем самым периодически включала напряжение в обмотку электро­магнита, а последний, поочередно притягивая стержни якоря, вращал его на оси.
Позднее, в 1838 году, Якоби сконструировал электродви­гатель, который сам же практически применил на первой в мире электромоторной лодке. Этот двигатель состоял из 4 электромагнитов статора и 4 электромагнитов ротора. Ввиду того, что Якоби в этом двигателе на роторе-якоре применил тоже электромагниты, мотор обладал уже практической мощностью.
Занимаясь дальнейшими исследованиями и усовершенство­ваниями своего электродвигателя, Якоби заметил, что если, прилагая механическую силу, вращать якорь его электродви­гателя, то в обмотках возникает электрический ток и таким образом электродвигатель из потребителя электроэнергии превращается в ее производителя. Это было новое открытие русского ученого, которое послужило началом создания гене­ратора электрической энергии—динамомашины. Таким обра­зом были намечены пути прямого применения закона электро­магнитной индукции, открытого Фарадеем, о чем уже гово­рилось в начале этого раздела.
Совместно с известным ученым Ленцем, Якоби определил основные законы электрического тока и принципы, на кото­рых действуют электродвигатели.
Эти новые открытия в области применения электричества Фридрих Энгельс определил так: „…Это колоссальная рево­люция. Паровая машина научила нас превращать тепло в механическое движение, но использование электричества от­кроет нам путь к тому, чтобы превращать все виды энергии— теплоту, механическое движение, электричество, магнетизм, свет—одну в другую и обратно и применять их в промыш­ленности (Маркс и Энгельс, соч., т. XXVII, стр. 289.)
Благодаря усовершенствованию электродвигателей мы уже имеем возможность преобразовывать любые виды энергии одна в другую и с успехом использовать все виды энергии для развития социалистического народного хозяйства.
Исключительно много сделали в области усовершенство­вания электродвигателей и генераторов, а также в области магнитологии русские и, в частности, советские ученые.
С момента зарождения электротехники очень много вни­мания уделялось исследованию магнитных свойств железа, так как оно являлось основным строительным материалом электродвигателей и от его магнитных свойств зависел успех работы нового двигателя. Замечательные исследования рус­ского ученого Александра Григорьевича Столетова, произве­денные в 1872 году, явились законополагающими в этой области. который является самой совершенной конструкцией. П. Н.Яб­лочков первым в мире построил и альтернатор—генератор переменного тока, который применяется теперь на всех электростанциях.
Революцию в области получения электроэнергии произвел своим изобретением генератора трехфазного тока в 1890 году русский ученый М. О. Доливо-Добровольский.
Большой вклад в развитие магнитологии—науки о магни­тах и магнитных явлениях—внес советский ученый-магни­толог, действительный член Академии наук СССР, лауреат Сталинской премии Николай Сергеевич Акулов. Он открыл важный закон, известный как закон Акулова. Пользуясь этим законом, можно заранее определить, как при намагни­чивании отдельных металлов изменяется их электропровод­ность, теплопроводность и другие качества.

Фара для велосипеда с динамо генератором / установка своими руками

Динамо генератор для велосипеда своими руками можно собрать по видео инструкции.

Фара на велосипед – необходимый атрибут для вечерних и ночных прогулок. Они нужны как вне города, так и на городских улицах, так как даже в черте города не всегда бывает достаточно освещения для нормального и безопасного проезда на байке.

При выборе хорошей фары на велосипед необходимо учитывать такие параметры как яркость освещения, надёжность крепления и экономичность расхода заряда батареи.

Какие бывают фонари?

Велофары бывают различного типа. Они отличаются по способу крепления, качествам освещения и типа заряда.

Питание фонаря может быть от обычных батареек формата ААА, а может быть и от литиевого аккумулятора. В настоящее время аккумуляторные фары приобретают всё большую популярность, так как они обладают достаточной мощностью освещения и долгим периодом работы, а также не требуют постоянного приобретения запасных батареек.

Большинство фар крепится на руль, но существуют и альтернативные варианты. Они могут устанавливаться на вилку или же вовсе крепиться на шлем велосипедиста. В зависимости от того, где установлена фара, меняются характеристики освещения дороги при движении.

Современные велофары поражают своим многообразием выбора в таких параметрах, как мощность и качество освещения. Диоды для изготовления фар на велосипед используются зачастую самые современные, что позволяет вывести освещение на новый уровень. Уже далеко не в новинку является тот факт, что дорога впереди может быть освещена и хорошо обозрима так же, как в дневное время суток. К тому же различный рисунок рефлектора может добавлять достаточное количество бокового освещения, что позволить улучшить и обзор по сторонам.

Крепление фары на шлем велосипедиста является очень удобным способом увеличить маневренность луча света и расширить диаметр освещения в соответствии с необходимыми требованиями.

Некоторые велолюбители, которые не удовлетворены современным рынком велосипедных фар предпочитают собирать фонарь на велосипед самостоятельно. Такая фара требует некоторых познаний в области электроники, но сам процесс изготовки фары своими руками не является слишком сложным и трудоёмким.

Многие велосипедисты предпочитают пользоваться обычным светодиодным фонариком, специально подобранным для велосипедных прогулок, исходя из его световых качеств и особенностей, и установленным на велосипед или шлем либо на специальные крепления, которые можно найти в любом интернет-магазине, либо же своими руками при помощи подручных средств.

Динамо-машина

Те, кто любит долгие путешествия в местах, где зачастую невозможно зарядить лишний раз фонарь и прочую электронику, предпочитают устанавливать динамо-машины. Устройство, позволяющее не зависеть от розетки и батареек, очень легко сделать своими руками, а пользы от него будет очень много – он избавит от достаточно назойливого вопроса, где может быть заряжена фара в путешествии, и даже ночью будет возможность спокойно передвигаться.

К тому же фонарь на основе динамо-машины может быть установлена и для города. Такой способ зарядки предпочитают те, кто очень не любит частенько менять батарейки или же периодически заряжать аккумуляторы, которые имеют свойство очень быстро садиться в виду того, что современные фары на велосипед обладают достаточно мощными светодиодами, а зачастую и несколькими, которые очень быстро расходуют заряд батареи.

Принцип действия динамо-машины для велосипеда заключён в том, что переменный ток, вырабатываемый динамо-генератором проходит через выпрямитель и питает светодиод в фаре. В таком случае существует вероятность мерцания света на низких скоростях, но эта проблема легко решается установкой сглаживающего конденсатора. Фара на велосипед с динамо генератором будет светить ярким ровным светом.

Существует два типа динамо-машин, за счёт которых питается фара велосипеда:

1. Бутылочная динамо-машина. Она представляет собой небольшой электрогенератор, который крепится на боковой стенке покрышки переднего колеса велосипеда. Такие динамо-машины достаточно удобны, имеют небольшую стоимость и их можно достаточно просто установить своими руками. Недостатки подобного устройства состоят в дополнительном шуме и повышенном сопротивлении при использовании. К тому же, так как принцип работы такой динамо-машины заключается в непосредственном трении о стенку шины велосипеда, то в таком случае это будет способствовать скорому износу покрышки.
2. Динамо-втулка. Она представляет собой динамо-машину, которая внедрена в систему втулки колеса велосипеда. Динамо-втулки считаются довольно надёжным источником энергии, практически не требующим обслуживания, поэтому такие втулки весьма популярны среди любителей велотуризма. К тому же они теперь зачастую идут в оригинальной комплектации туристического велосипеда.

Существует большое количество схем для динамо-машин на велосипед, позволяющие правильно их настроить и тем самым увеличить напряжение, мощность и производительность на низких скоростях данных устройств.

Облако тегов:

динамо на велосипед своими руками

Изобретение динамо-машины. Вернер фон Сименс

Изобретение динамо-машины

Осенью 1866 года Вернеру Сименсу исполнилось 50 лет. Приблизительно к этому времени относится его самое значительное изобретение – он разрабатывает принцип действия динамоэлектрической машины.

Этой проблемой Сименс интересовался издавна, со времени прокладки линий в России. Уже тогда он хотел получать постоянный электрический ток и более высокое напряжение без применения гальванических батарей, только механическими способами. В 1856 году, сконструировав двойное Т-образное якорное устройство, он открыл принцип устройства приборов, обеспечивающих производство постоянного тока. Практически эта мысль впервые воплотилась несколько позже – в магнитных стрелочных телеграфных аппаратах, поставленных фирмой Сименса для государственной Баварской железной дороги, а также в других приборах, например, в сигнальных индукторах для железной дороги, позднее – в телефонных аппаратах и запальных взрывателях.

Осенью 1866 года Сименс снова стал интенсивно заниматься этой проблемой. Он построил индуктор, в котором при движении Т-образного двойного якоря между полюсным наконечником и электромагнитом из мягкого железа оставался небольшой зазор. Электроток, полученный во вращающемся якоре, он применял для возбуждения магнитного поля, образовав таким образом замкнутую цепь из обмотки якоря, обмотки возбудителя и внешним участком цепи. Для взаимного усиления тока в якоре и магнитного поля вполне хватало остаточного магнетизма.

И хотя многие изобретатели, например, датчанин Сорен Йорт, венгр Аньош Йедлик, англичанин Альфред Варли и Чарльз Уитстон работали над этой проблемой независимо друг от друга, в одно и то же время или опережая друг друга, в пользу Сименса говорит то, что ему первому стало совершенно очевидным значение открытия динамоэлектрического принципа, или принципа самовозбуждения. Он убедительно изложил свои научные выводы, непосредственно связанные с этим открытием, в докладе, зачитанном профессором Густавом Магнусом 17 января 1867 года в Берлинской Академии наук, который закончил его следующими словами: “В настоящее время техника получила возможность вырабатывать электрический ток любой силы дешевым и удобным способом везде, где есть свободная механическая энергия. Этот факт будет иметь большое значение для многих областей техники”.

Если первоначальной целью Сименса было получение более высокого напряжения для передачи сообщений, то с изобретением динамо-машины появился источник энергии, обеспечивавший гораздо большую силу тока, которую можно было использовать для освещения и привода механизмов. Понимая это, Сименс должен был последовательно и интенсивно заниматься разработкой практического использования сильноточной техники.

Интересно проследить за тем, как открытая в 1831 году Фарадеем индукция, стала физической основой сильноточной техники. Пиксии, Якоби, Давенпорт, Вагнер и многие другие десятилетиями пытались сконструировать машины, работающие на этом принципе. Но только Сименсу удалось на основе открытого им принципа самовозбуждения обосновать экономически возможность применения техники сильных токов.

Решить задачу поддержания молодой развивающейся техники сильных токов физическими и математическими расчетами удалось англичанам Максвеллу и Гопкинсу.

После 1866 года прошло много времени – целых 12 лет, – прежде чем динамо-машина была построена и внедрена в практику. В эти годы были разработаны не только теоретические основы этого открытия, но пройден первый, самый трудный период становления; повсеместно начали проводиться практические работы, создавшие основу для значительных конструктивных усовершенствований созданного аппарата.

Сначала производство динамо-машин не было прибыльным, а чтобы оно могло “дозреть” и начать развиваться, фирма должна была зарабатывать необходимые деньги в ставших для нее уже традиционными областях: в строительстве телеграфных линий, изготовлении и укладке морского кабеля, а после 1870 года в новой развивающейся отрасли – сигнализации на железнодорожном транспорте.

Кто изобрел динамо машину

Дина́мо-маши́на или дина́мо (иногда в просторечии «динамка»)— устаревшее название генератора постоянного тока.

Динамо-машина была первым электрическим генератором, который стал применяться в промышленности. В дальнейшем её вытеснили генераторы переменного тока, так как переменный ток поддаётся трансформированию.

В наше время термин динамо используется в основном для обозначения небольшого велосипедного генератора [1] , питающего велосипедную фару, а также небольшого генератора, встроенного в электрические фонарики — т.н. электродинамические или самозарядные фонари, способные работать автономно без батареек или аккумуляторов и не нуждающиеся в подзарядке от стационарной электросети 220 В или в смене элементов питания, и способные работать неограниченно долгое время в полевых условиях.

В современное время динамо также используется в некоторых видах тренажёров серии для неоновой подсветки и также в гироскопических тренажёрах для кистей рук.

Содержание

Описание [ править | править код ]

Динамо-машина состоит из катушки с проводом, вращающейся в магнитном поле, создаваемом статором, или наоборот: вращается магнит, а катушка неподвижна. Энергия вращения согласно закону Фарадея преобразуется в переменный ток, но поскольку в XIX веке не умели практически использовать переменный ток, использовали щёточно-коллекторный узел для того, чтобы инвертировать изменяющуюся полярность (получить постоянный ток на выходе). В результате получался пульсирующий ток постоянной полярности.

История [ править | править код ]

Первая динамо-машина была изобретена Аньошем Йедликом в 1827 году. Он сформулировал концепцию динамо на шесть лет раньше, чем она была озвучена Сименсом, но не запатентовал её.

Динамо-машина – это генератор постоянного тока, который вырабатывает электрическое напряжение в результате вращения специального приводного механизма. Такое устройство широко применялось до появления генераторов переменного тока. Сейчас динамо-машины встречаются значительно реже. Их в основном используют для питания осветительного оборудования на велосипедах, а также как часть конструкции некоторых видов ручных фонариков, радиоприемников, а также портативных зарядных устройств для мобильных телефонов, MP3 плееров и планшетов.

Как работает динамо-машина

Устройство состоит из катушки индуктивности, которая при вращении в магнитном поле вырабатывает электрическую энергию. Получаемый ток может передаваться оборудованию напрямую или заряжать аккумуляторную батарею, которая уже в дальнейшем будет питать потребителей. Принцип работы машины объясняется физическим законом Фарадея. Эффективность устройства напрямую зависит от скорости вращения катушки. Чем она выше, тем большее напряжение и силу тока можно получить.

Для подключения к простейшей динамо-машине можно использовать только такое оборудование, которое нормально переносит резкие скачки параметров напряжения. В первую очередь это светодиодные лампы. Для питания более чувствительного оборудования в конструкции предусматривается специальный контроллер, который предотвращает передачу критического заряда, способного навредить. Особенно это важно, если машина предназначена для подзарядки мобильного телефона.

Динамо машины для велосипедов

Самым эффективным и функциональным решением использования генератора постоянного тока (велогенератор) является его установка на велосипед. Такая динамо-машина позволяет получать электричество во время движения, поскольку подключается к переднему или заднему колесу. В ночное время без дополнительных усилий можно освещать дорогу впереди. Это повышает комфорт и безопасность движения. Кроме переднего фонаря генератор может питать и заднюю подсветку.

У таких динамо-машин может иметься встроенная батарея, которая сначала накапливает электричество, а уже потом передает его потребителям. Это исключает пульсацию света. Если аккумулятора нет, то яркость зависит только от скорости вращения колеса. При езде под гору, когда велосипед сильно замедляется, свет становится очень тусклым и практический не позволяет просматривать дорогу впереди. Современные велосипедные генераторы в основном выдают напряжение 6В. Это обусловлено тем, что они питают светодиоды, для которых этого вполне достаточно. Старые динамо-машины, известные велосипедистам советских времен, создавали напряжение 12В. Это было вызвано тем, что они питали обыкновенные лампы накаливания, которые встречаются на мотоциклах или автомобилях.

Для велосипедов применяются различные конструкции динамо-машин. Среди самых популярных разновидностей можно отметить:

• Бутылочная.
• Втулочная.
• Цепная.
• Бесконтактная.

Бутылочные

Такая динамо-машина получила свое название в связи со своей схожестью по форме с обыкновенной стеклянной бутылкой. В ее конструкции предусматривается специальное колесико, которое прикладывается к боковой стороне протектора колеса велосипеда. В результате трения оно поворачивается, что приводит к выработке электричества. Такой вариант весьма распространен в связи с простотой установки и невысокой стоимостью. Эта конструкция имеет откидной механизм, благодаря которому генератор можно при необходимости прикладывать к покрышке колеса или убирать в дневное время, когда свет не нужен.

Эта конструкция не лишена и недостатков. В первую очередь она очень шумная, а кроме этого ускоряет износ шины. При долгом пользовании на покрышке остается глубокая борозда истертая колесиком генератора. Также создается сопротивление движению оборотам велосипедного колеса, что снижает накат. В сырую погоду, когда шины мокрые, колесико динамо-машины проскальзывает, и эффективность выработки электричества снижается.

Втулочные

Такая динамо-машина монтируется в колесо. Это конструкция весьма удачна, поскольку практически не создает шума. Кроме того, она не останавливает вращение колес, что сохраняет набранную скорость езды. Втулочная машина имеет недостаток в виде большой стоимости, а также сложности установки. Не во всех велосипедах возможно провести монтаж миниатюрного генератора без необходимости сложных ухищрений и переделок.

Цепные

Цепные динамо-машины имеют внутри специальную звездочку, которая при контакте с цепью начинает вращать катушку генератора. Такая конструкция весьма хлипкая и если ее плохо зажать, то может отклониться и попасть в спицы, в результате повредив колесо и вызвав аварийную ситуацию. Положительным моментом таких динамо-машин является наличие USB-порта, что позволяет подзаряжать от него мобильный телефон.

Бесконтактные

Самой совершенной является бесконтактная динамо-машина. Она довольно дорогая. В ней нет трущихся элементов, поэтому генератор вообще не создает никакого звука. Зачастую в ней имеется встроенный аккумулятор, что позволяет накапливать энергию наперед, и сохранять хорошее освещение даже при медленном движении в гору. Такое устройство обычно фиксируется на оси переднего колеса. Для обеспечения его работы на спицы устанавливается ободок из магнитов, который вращается изменяя параметры магнитного поля воздействующего на катушку. Обычно ободок имеет 28 магнитов с разными полюсами. Благодаря тому, что в такой динамо-машине применяется индукционная катушка, то энергия вырабатывается даже при низкой скорости, всего в 15 км в час.

Фонарик с динамо-машиной

Весьма распространенными являются ручные фонарики с встроенным генератором постоянного тока. Чтобы получить свет необходимо вращать специальную откидную рукоятку, которая для удобства прячется в корпус. Такие устройства бывают двух видов. В одних имеется встроенный батарея, а вторые передают заряд напрямую на светодиоды. При использовании первых можно предварительно подзарядить аккумулятор и пользоваться им на протяжении определенного времени без применения физического воздействия на генератор. Такие устройства дают ровный не пульсирующий свет, но стоят немного дороже и имеют больший вес. Самыми простыми являются фонарики без АКБ, у которых динамо-машина сразу передает заряд на диоды. Такие устройства светятся только при вращении рукояти. Если снизить интенсивность оборотов, то яркость уменьшается. Кроме этого наблюдается постоянная пульсация свечения, что вызывает усталость глаз.

Фонарики создают много шума при работе генератора, поэтому при приближении человека, который пользуется таким устройством, об этом скорее узнают по звуку, чем свечению слабенького светодиода. Для работы динамо-машины кроме вращения рукояти может предусматриваться специальный рычаг, который необходимо нажимать и отпускать, как спортивный эспандер для кисти. Это менее эффективная конструкция, но позволяет получать свет используя одну руку.

Радиоприемник с динамо-машиной

На рынке можно встретить радио, которое оснащено рукояткой для выработки энергии. Чтобы немного послушать трансляцию радиостанции необходимо предварительно поработать динамо-машиной и зарядить тем самым встроенный аккумулятор. Стоит отметить, что это малоэффективное устройство, создающее много шума. Одновременно слушать музыку и вращать рукоятку не удастся, поскольку динамик не сможет перекричать скрежет генератора. Единственным положительным моментом радио является создание нагрузки на мышцы. Он больше выступает тренажером для рук, чем полноценным FM-приемником. По этой причине многие производители предусматривают возможность подзарядки встроенного в устройство аккумулятора от электрической сети. Иногда в корпусе может предусматриваться место для установки обыкновенных пальчиковых батареек типа АА.

Зарядное устройство для мобильных телефонов с динамо-машиной

Для любителей активного отдыха или жителей удаленных местностей, где наблюдаются проблемы с электроснабжением, полезным устройством будет зарядное устройство с встроенным генератором постоянного тока. Внешне оно представляет собой небольшую коробку с откидной рукояткой, которая при вращении вырабатывает электрический ток подходящих параметров для питания мобильного телефона или другого портативного устройства. Для этого в корпусе предусматривается USB порт, с помощью которого можно подключить зарядной кабель смартфона.

Обычно такие устройства имеют встроенную аккумуляторную батарею, что позволяет сначала накапливать заряд на нее, а уже потом передавать его на телефон, как с повербанка. Обычно динамо-машина способна вырабатывать на максимальных оборотах ручки около 600 мАч в час. Это довольно скромный показатель, поэтому рассчитывать на полноценную полную зарядку смартфоном не приходится. Потребуется непрерывная работа рукояткой часами, чтобы восполнить всю емкость батареи. Несмотря на это устройство сможет выручить в сложной ситуации, ведь для совершения срочного звонка, когда телефон полностью разряжен, достаточно потрудиться над динамо-машиной 5-6 минут.

Обычно производители монтируют на корпусе таких устройств солнечную батарею. Благодаря этому выставив динамо-зарядку на открытый участок, где на нее попадает дневной свет, можно понемногу восполнять зарядку встроенного аккумулятора без необходимости вращать ручку. К сожалению, небольшая площадь солнечной батареи выдает поток электричества примерно 40 мАч, что естественно очень мало. При решении приобрести подобное устройство необходимо учитывать, что она очень шумное, поэтому будет не лучшей альтернативой восполнить зарядку смартфона для рыбаков или охотников.

Изобретение динамо-машины

Осенью 1866 года Вернеру Сименсу исполнилось 50 лет. Приблизительно к этому времени относится его самое значительное изобретение – он разрабатывает принцип действия динамоэлектрической машины.

Этой проблемой Сименс интересовался издавна, со времени прокладки линий в России. Уже тогда он хотел получать постоянный электрический ток и более высокое напряжение без применения гальванических батарей, только механическими способами. В 1856 году, сконструировав двойное Т-образное якорное устройство, он открыл принцип устройства приборов, обеспечивающих производство постоянного тока. Практически эта мысль впервые воплотилась несколько позже – в магнитных стрелочных телеграфных аппаратах, поставленных фирмой Сименса для государственной Баварской железной дороги, а также в других приборах, например, в сигнальных индукторах для железной дороги, позднее – в телефонных аппаратах и запальных взрывателях.

Осенью 1866 года Сименс снова стал интенсивно заниматься этой проблемой. Он построил индуктор, в котором при движении Т-образного двойного якоря между полюсным наконечником и электромагнитом из мягкого железа оставался небольшой зазор. Электроток, полученный во вращающемся якоре, он применял для возбуждения магнитного поля, образовав таким образом замкнутую цепь из обмотки якоря, обмотки возбудителя и внешним участком цепи. Для взаимного усиления тока в якоре и магнитного поля вполне хватало остаточного магнетизма.

И хотя многие изобретатели, например, датчанин Сорен Йорт, венгр Аньош Йедлик, англичанин Альфред Варли и Чарльз Уитстон работали над этой проблемой независимо друг от друга, в одно и то же время или опережая друг друга, в пользу Сименса говорит то, что ему первому стало совершенно очевидным значение открытия динамоэлектрического принципа, или принципа самовозбуждения. Он убедительно изложил свои научные выводы, непосредственно связанные с этим открытием, в докладе, зачитанном профессором Густавом Магнусом 17 января 1867 года в Берлинской Академии наук, который закончил его следующими словами: “В настоящее время техника получила возможность вырабатывать электрический ток любой силы дешевым и удобным способом везде, где есть свободная механическая энергия. Этот факт будет иметь большое значение для многих областей техники”.

Если первоначальной целью Сименса было получение более высокого напряжения для передачи сообщений, то с изобретением динамо-машины появился источник энергии, обеспечивавший гораздо большую силу тока, которую можно было использовать для освещения и привода механизмов. Понимая это, Сименс должен был последовательно и интенсивно заниматься разработкой практического использования сильноточной техники.

Интересно проследить за тем, как открытая в 1831 году Фарадеем индукция, стала физической основой сильноточной техники. Пиксии, Якоби, Давенпорт, Вагнер и многие другие десятилетиями пытались сконструировать машины, работающие на этом принципе. Но только Сименсу удалось на основе открытого им принципа самовозбуждения обосновать экономически возможность применения техники сильных токов.

Решить задачу поддержания молодой развивающейся техники сильных токов физическими и математическими расчетами удалось англичанам Максвеллу и Гопкинсу.

После 1866 года прошло много времени – целых 12 лет, – прежде чем динамо-машина была построена и внедрена в практику. В эти годы были разработаны не только теоретические основы этого открытия, но пройден первый, самый трудный период становления; повсеместно начали проводиться практические работы, создавшие основу для значительных конструктивных усовершенствований созданного аппарата.

Сначала производство динамо-машин не было прибыльным, а чтобы оно могло “дозреть” и начать развиваться, фирма должна была зарабатывать необходимые деньги в ставших для нее уже традиционными областях: в строительстве телеграфных линий, изготовлении и укладке морского кабеля, а после 1870 года в новой развивающейся отрасли – сигнализации на железнодорожном транспорте.

Как работают генераторы и динамо-машины

Как работают генераторы и динамо-машины — объясните это Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 3 ноября 2021 г.

Нефть может быть любимым топливом в мире, но ненадолго. В современных домах в основном используется электричество. и скоро большинство из нас тоже станет водить электромобили. Электричество очень удобно. Вы можете производить его самыми разными способами, используя все, от угля и нефти до ветра и волн.Вы можете сделать это в в одном месте и используйте его на другом конце света, если хотите. И, как только вы его изготовите, вы можете хранить его в батареях и использовать это дни, недели, месяцы или даже годы спустя. Что делает электрический возможная мощность — и действительно практичная — это превосходный электромагнитный устройство, называемое электрогенератором: разновидность электродвигателя. работа в обратном направлении, которая преобразует обычную энергию в электричество. Давайте подробнее рассмотрим генераторы и узнаем, как они работают!

Фото: Дизельный электрогенератор середины 20-го века, сделанный в музее электростанции REA недалеко от Хэмптона, штат Айова.Любезно предоставлены фотографиями в Кэрол М. Хайсмит Архив, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Откуда берется электричество?

Лучший способ понять электричество — начать с того, что его собственное название: электрическая энергия. Если вы хотите запустить что-нибудь электрические, от тостера или зубную щетку MP3-плеер или телевидение, вам необходимо обеспечить его постоянным запасом электроэнергии. Откуда ты это возьмешь? Есть основной закон физики называется сохранение энергии, которое объясняет, как можно получить энергия — и как вы не можете.Согласно этому закону существует фиксированный количество энергии во Вселенной и некоторые хорошие новости и некоторые плохие новости о том, что мы можем с этим сделать. Плохая новость в том, что мы не можем создавать больше энергии, чем у нас уже есть; хорошая новость в том, что мы не можем уничтожить любую энергию. Все, что мы можем сделать с энергией, это преобразовать из одной формы в другую.

Фото: Большой электрогенератор, приводимый в движение паром, на геотермальной электростанции «Кожа» компании CalEnergy в округе Империал, Калифорния.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Если вы хотите найти электричество для питания своего телевизора, вы не будет производить энергию из воздуха: сохранение энергии говорит нам, что это невозможно. Вы будете использовать энергию преобразуется из какой-либо другой формы в необходимую вам электрическую энергию. Обычно это происходит на электростанции. на некотором расстоянии от вашего дома. Подключите телевизор к розетке, и электрическая энергия течет в него через кабель.Кабель намного длиннее, чем вы думаете: на самом деле он проходит от вашего телевизора — под землей или по воздуху — до электростанция, на которой для вас подготавливается электроэнергия из богатое энергией топливо, такое как уголь, нефть, газ или атомное топливо. В этих экологически чистые времена, часть вашей электроэнергии также будет поступать из ветряные турбины, гидроэлектростанции (которые вырабатывают энергию, используя энергию плотин рек) или геотермальную энергию (внутренняя нагревать). Откуда бы ни пришла ваша энергия, она почти наверняка будет превратился в электричество с помощью генератора.Только солнечные элементы и топливные элементы производить электричество без использования генераторов.

Рекламные ссылки

Как мы можем производить электричество?

Фото: Типичный электрогенератор. Он может производить до 225 кВт электроэнергии и используется для испытаний прототипов ветряных турбин. Фото Ли Фингерша любезно предоставлено Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Если вы читали нашу подробную статью о электродвигатели, вы уже довольно много знают, как работают генераторы: генератор — это просто электродвигатель, работающий в обратном направлении.Если ты не прочтите эту статью, вы можете быстро взглянуть, прежде чем читать на — но вот краткое изложение в любом случае.

Электродвигатель — это, по сути, просто плотный моток медной проволоки, намотанный на железный сердечник, который свободно вращается с высокой скоростью внутри мощного постоянного магнита. Когда вы подаете электричество в медную катушку, она становится временный магнит с электрическим приводом — другими словами, электромагнит — и создает вокруг себя магнитное поле. Этот временное магнитное поле противодействует магнитному полю, которое постоянный магнит создает и заставляет катушку вращаться.Немного продуманная конструкция, катушка может непрерывно вращаться в в том же направлении, вращаясь по кругу и питая что угодно из электрическая зубная щетка к электричке.

Фотография: Вращающаяся часть (ротор) типичного небольшого электродвигателя. Электрогенератор имеет точно такие же компоненты, но работает противоположным образом, превращая движение в электрическую энергию.

Так чем же генератор отличается? Предположим, у вас есть электрический зубная щетка с аккумулятором внутри.Вместо того, чтобы позволить батарее питать двигатель, который толкает щетку, что, если бы вы сделали противоположный? Что, если вы несколько раз поворачиваете щетку вперед и назад? То, что вы делали бы, было бы вручную крутить электродвигатель. ось вокруг. Это заставит медную катушку внутри двигателя повернуться постоянно внутри его постоянного магнита. Если вы переместите электрический провод внутри магнитного поля, вы заставляете течь электричество через провод — по сути, вы производите электричество. Так что держи поворачивая зубную щетку достаточно долго, и теоретически вы получите электричества достаточно для подзарядки аккумулятора.По сути, вот как генератор работает. (На самом деле, это немного сложнее, чем это и вы не можете зарядить зубную щетку таким образом, хотя добро пожаловать!)

Как работает генератор?

Возьмите кусок провода и подсоедините его к амперметру (то, что измеряет ток) и поместите его между полюсами магнита. Теперь резко проведите проволокой сквозь невидимое магнитное поле, создаваемое магнитом, и через провод на короткое время протекает ток (регистрируемый на измерителе).Это фундаментальная наука, лежащая в основе электрогенератора, продемонстрированная в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. (прочитать краткая биография или длинная биография). Если вы переместите провод в противоположном направлении, вы создадите ток, который течет в обратном направлении. (Если вам интересно, вы можете выяснить направление, в котором течет ток, используя то, что называется правило правой руки или правило генератора, которое является зеркальным отображением правила левой руки, используемого для определения того, как работают двигатели.)

Важно отметить, что вы генерируете ток только тогда, когда проводите провод через магнитное поле (или когда вы перемещаете магнит мимо провода, что равносильно тому же).Недостаточно просто поднести провод к магниту: для выработки электричества провод должен пройти мимо магнита или наоборот. Предположим, вы хотите производить много электроэнергии. Поднимать и опускать провод в течение всего дня не будет особенным удовольствием, поэтому вам нужно придумать способ перемещения провода мимо магнита, установив один или другой из них на колесо. Затем, когда вы поворачиваете колесо, проволока и магнит перемещаются друг относительно друга, и возникает электрический ток.

Изображение: такой простой генератор вырабатывает переменный ток (электрический ток, который периодически меняет направление на противоположное).Каждая сторона генератора (зеленая или оранжевая) движется вверх или вниз. Когда он движется вверх, он будет генерировать односторонний ток; когда он движется вниз, ток течет в другую сторону. Если вы измеритель, подключенный к проводу, вы не знаете, в какую сторону движется провод: все, что вы видите, — это то, что направление тока периодически меняется на противоположное: вы видите переменный ток.

А теперь самое интересное. Предположим, вы сгибаете проволоку в петлю, помещаете ее между полюсами магнита и располагаете так, чтобы она постоянно вращалась, как на схеме.Вероятно, вы увидите, что при повороте петли каждая сторона провода (оранжевая или зеленая) иногда будет двигаться вверх, а иногда — вниз. Когда он движется вверх, электричество течет в одну сторону; когда он движется вниз, ток будет течь в другую сторону. Таким образом, базовый генератор, подобный этому, будет производить электрический ток, который меняет направление каждый раз, когда петля провода переворачивается (другими словами, переменный ток или переменный ток). Однако большинство простых генераторов на самом деле вырабатывают постоянный ток — так как же им управлять?

Генераторы постоянного тока

Так же, как простой электродвигатель постоянного тока использует электричество постоянного тока (DC) для создания непрерывного вращательного движения, так и простой генератор постоянного тока производит стабильную подачу электричества постоянного тока, когда он вращается.Как двигатель постоянного тока, Генератор постоянного тока использует коммутатор. Звучит технически, но это всего лишь металлическое кольцо с трещинами в нем, которое периодически меняет местами электрические контакты катушки генератора, одновременно меняя направление тока. Как мы видели выше, простая проволочная петля автоматически меняет направление тока, которое он производит каждые пол-оборота, просто потому, что он вращается, а задача коммутатора — нейтрализовать эффект вращения катушки, обеспечивая создание постоянного тока.

Иллюстрация: Сравнение простейшего генератора постоянного тока с простейшим генератором переменного тока.В этой конструкции катушка (серая) вращается между полюсами постоянного магнита. Каждый раз, когда он поворачивается на пол-оборота, ток, который он генерирует, меняется на противоположный. В генераторе постоянного тока (вверху) коммутатор меняет направление тока на противоположное каждый раз, когда катушка перемещается на пол-оборота, отменяя реверсирование тока. В генераторе переменного тока (внизу) нет коммутатора, поэтому выходная мощность просто поднимается, опускается и меняет направление вращения при вращении катушки. Вы можете увидеть выходной ток от каждого типа генератора на диаграмме справа.

Генераторы переменного тока

Фото: Генератор переменного тока — это генератор, вырабатывающий переменный ток (переменный ток) вместо постоянного (постоянного). Здесь мы видим механика, снимающего генератор с двигателя подвесной моторной лодки. Фото Есении Росас любезно предоставлено ВМС США.

Что делать, если вы хотите генерировать переменный ток (AC) вместо постоянного тока? Тогда вам понадобится генератор, который представляет собой просто генератор переменного тока. Самый простой вид генератора переменного тока похож на генератор постоянного тока без коммутатора.Когда катушка или магниты вращаются мимо друг друга, ток естественным образом растет, падает и меняет направление, давая на выходе переменный ток. Так же, как есть Асинхронные двигатели переменного тока, в которых для создания вращающегося магнитного поля используются электромагниты, а не постоянные магниты, поэтому существуют генераторы, которые работают за счет индукции аналогичным образом.

Генераторы в основном используются для выработки электроэнергии от двигателей транспортных средств. В автомобилях используются генераторы, приводимые в движение их бензиновые двигатели, которые заряжают свои аккумуляторов во время движения (переменный ток преобразуется в постоянный диоды или выпрямительные схемы).

Генераторы в реальном мире

Фото: Генератор ветряной турбины находится сразу за лопастями ротора. (Это цилиндр справа). Фото Джо Смита любезно предоставлено NREL (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Производство электричества звучит просто — и это так. Сложность в том, что нужно приложить огромное количество физических усилий. для выработки даже небольшого количества энергии. Вы поймете это, если у вас есть велосипед с динамо-машиной. фары, работающие от колес: вам нужно немного крутить педали, чтобы фары светились — и это просто для производства крошечного количества электричества, необходимого для питания пара лампочек.Динамо — это просто очень маленькое электричество генератор. Напротив, на реальных электростанциях гигантские генераторы электричества приводятся в действие паровыми турбинами. Это немного похоже на вращающиеся пропеллеры или ветряные мельницы, приводимые в движение паром. Пар производится путем кипячения воды с использованием энергии, выделяемой при сжигании угля, масло или другое топливо. (Обратите внимание, как применяется сохранение энергии здесь тоже. Энергия, питающая генератор, поступает от турбина. Энергия, питающая турбину, поступает от топлива.А также топливо — уголь или нефть — изначально поступало с заводов, работающих на энергия Солнца. Суть проста: энергия всегда должна исходить от где-то.)

Какую мощность вырабатывает генератор?

Генераторы указаны в ваттах (измерение мощности, указывающее, сколько энергии производится каждую секунду). Как и следовало ожидать, чем больше генератор, тем большую мощность он производит. Вот приблизительное руководство от самого маленького до самого большого:

Тип	Мощность (Вт)
Велосипед динамо	3
Ручной USB-генератор	20
Микро-ветряная турбина	500
Малый дизель-генератор	5000 (5 кВт)
Ветряк (средний)	2 000 000 (2 МВт)

Переносные генераторы

Фото: Переносной электрогенератор, работающий от дизель.Фото Брайана Рида Кастильо любезно предоставлено ВМС США.

В большинстве случаев мы принимаем электричество как должное. Мы включаем фонари, телевизоры или стиральные машины, не переставая думать, что электрическая энергия, которую мы используем, должна откуда-то поступать. Но что, если вы работаете на улице, в глуши, и нет источник электричества, который вы можете использовать для питания вашей бензопилы или вашего электрическая дрель?

Одна из возможностей — использовать аккумуляторные инструменты с аккумуляторы. Другой вариант — использовать пневматические инструменты, такие как отбойные молотки.Они полностью механические и питаются от сжатый воздух вместо электричества. Третий вариант — использовать портативный электрогенератор. Это просто небольшой бензиновый двигатель (бензиновый двигатель), похожий на компактный двигатель мотоцикла, с прилагается электрогенератор. Когда двигатель пыхтит, дожигая бензин, он толкает поршень взад и вперед, поворачивая генератор и вырабатывающий на выходе постоянный электрический ток. С участием с помощью трансформатора вы можете использовать такой генератор для производите практически любое напряжение, которое вам нужно, в любом месте, где оно вам нужно.В качестве пока у вас достаточно бензина, вы можете производить собственное электричество поставка на неопределенный срок. Но помните о сохранении энергии: кончится газа, и у вас кончится электричество!

Artwork: Генераторные технологии быстро развивались в 19 веке. Английский химик и физик Майкл Фарадей построил первый примитивный генератор в 1831 году. В течение нескольких десятилетий многочисленные изобретатели создавали практические электрические генераторы. Эта («динамо-электрическая машина») была разработана Эдвардом Уэстоном в 1870-х годах как способ «преобразовывать механическую энергию в электрическую с большей эффективностью, чем прежде.«Он имеет статическое внешнее кольцо магнитов (синий) и вращающийся якорь (катушки) в центре (красный). Коммутатор (зеленый) преобразует генерируемый ток в постоянный. Из патента США 180 082 переиздание 8 141 Эдварда Уэстона, любезно предоставленного Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Вам могут понравиться эти другие статьи на нашем сайте по смежным темам:

Видео

• Демонстрация электрического генератора ?: Превосходное короткое видео доктора Джонатана Хэра и Vega Science Trust очень ясно показывает, как перемещение катушки через магнитное поле может производить электричество.
• Простой генератор: электрический генератор для научной выставки: Уильям Бити дает пошаговое руководство по созданию простого генератора с использованием простых для поиска компонентов (эмалированный провод, магниты, картон и т. Д.).
• Велогенератор: Как привести в действие кухонный комбайн с помощью велосипеда, приводящего в действие генератор переменного тока (разновидность электрогенератора). Довольно изящный эксперимент, хотя комментарий мог бы быть немного яснее.

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

статей

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2020) Генераторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/generators.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

150 лет Динамо-электрический принцип Сименса

150 лет назад Вернер фон Сименс открыл динамо-электрический принцип и разработал динамо-машину, которая позволяла преобразовывать механическую энергию в электрическую, которая использовалась для электрического освещения, металлургических процессов и т. Д. передача энергии и, возможно, будущие цели, о которых мы еще не знаем.Это нововведение заложило основу для электрификации мира, способствовало появлению электрического оборудования и оказало длительное и фундаментальное влияние на скорость промышленных процессов. Это полностью изменило общепринятые концепции времени и мобильности для всего общества.

В основе изобретения лежат две основные концепции: во-первых, ток, генерируемый двутавровым якорем, одновременно действует как ток возбуждения для полевых магнитов, посредством чего электрическая цепь формируется из якоря и обмотки возбудителя и внешней электрической цепи.Во-вторых, остаточного магнетизма магнитов достаточно, чтобы инициировать взаимное усиление тока якоря и магнитного поля. Это взаимное нарастание индукционного тока и силы магнитного поля составляет основу динамо-электрического принципа. Если принцип обратный, электрическая энергия может быть преобразована в механическую энергию. Это проложило путь 150 лет назад к появлению электродвигателей в промышленном производстве. Первоначально передача мощности на отдельные машины происходила с помощью приводных ремней, а позже каждая отдельная машина была оснащена собственным электроприводом.

В 1879 году компания Siemens представила первую в мире электрическую железную дорогу, в 1880 году — первый электрический лифт, а в 1905 году — первый в мире вагон с электрическим приводом. В 1906 году компания Siemens представила первый в мире реверсивный электропривод для обжимного поезда на сталелитейном заводе Георгсмариенхютте, максимальная мощность которого в то время составляла 6 800 кВт. В том же году компания Siemens построила Dynamowerk, динамо-завод, предназначенный для практического применения динамоэлектрического принципа в промышленных изделиях. Это было первое производственное предприятие, построенное в районе, который впоследствии стал известен как район Сименсштадт в Берлине.Сегодня портфель Siemens включает приводы для всех мыслимых применений, включая насосы, вентиляторы и компрессоры для нефтегазовой промышленности, водоснабжения и водоотведения, химической промышленности и горнодобывающей промышленности. Компания также предлагает приводы для транспортировки материала на прокатных станах, конвейерные ленты, используемые в горнодобывающей промышленности, бумагоделательные машины, дискретные погрузочно-разгрузочные работы и станки на производстве. Кроме того, ассортимент продукции дополняют приложения для обеспечения мобильности, такие как тяговые двигатели для высокоскоростных поездов, трамваи, региональные и легкорельсовые системы, гибридные и электрические автобусы.

Конструкция динамо-машины (рисунок: Siemens)

Адаптация к изменяющейся производственной среде

С помощью своих интегрированных приводных систем (IDS) компания Siemens обращает внимание на тенденцию к созданию более интеллектуальных приводов с оптимальными схемами движения и более быстрой сетью — особенно с учетом все более быстрых и фундаментальных изменений в производственных и технологических технологиях, внедряемых заказчиками. Пользователи получают выгоду от возможности выбора и эксплуатации отдельных компонентов, которые легко согласовываются друг с другом для создания интегрированной системы с высокой степенью эффективности и надежности.Компания Siemens, приуроченная к 200-летию со дня рождения Вернера фон Сименса, представляет новую серию приводов в свой портфель «Интегрированных приводных систем» (IDS), основанных на технологии реактивных двигателей. Эта новая система состоит из реактивного двигателя от моторной платформы Simotics 1LE1 и специально скоординированных преобразователей Sinamics G120 с векторным управлением. Эта скоординированная и согласованная система двигателя и преобразователя обеспечивает очень рентабельную работу. В диапазоне частичной нагрузки реактивные двигатели предлагают значительно более высокий уровень эффективности по сравнению с асинхронными двигателями с той же выходной мощностью, и во многих приложениях они предлагают недорогую альтернативу асинхронным двигателям с частотным регулированием.Высокоэффективная приводная система с классом эффективности IES2 гарантирует максимальную эффективность. Это означает, что минимальные эксплуатационные расходы достигаются в процессах, которые также требуют точного контроля. И, наконец, высокая производительность гарантируется за счет более высоких динамических характеристик при коротком времени разгона и малом моменте инерции. Ввод в эксплуатацию упрощается за счет использования предварительно определенных параметров в виде кода на паспортной табличке двигателя.

Даже через 150 лет после открытия динамо-электрического принципа мир электротехники продолжает предоставлять огромные возможности для инноваций, о чем свидетельствует начальная интеграция двигателей в цифровую фабрику, начиная с электронной таблички с паспортными данными и заканчивая цифровым двойником. .С MindSphere, облаком Siemens для промышленности, компания предоставляет открытую IoT / облачную платформу для сбора, передачи, безопасного хранения и предоставления данных, а вместе с ней и идеальную цифровую инфраструктуру, которая также обеспечивает беспроблемную интеграцию накопителей.

Подробнее о компании

Источник: Siemens

Электрогенератор: базовое введение в принцип работы генераторов, их особенности и применение

Как работают электрические генераторы?
Электрогенератор — это устройство, которое используется для производства электроэнергии, которая может храниться в батареях или может подаваться напрямую в дома, магазины, офисы и т. Д.Электрогенераторы работают по принципу электромагнитной индукции. Катушка-проводник (медная катушка, плотно намотанная на металлический сердечник) быстро вращается между полюсами магнита подковообразного типа. Катушка проводника вместе с ее сердечником называется якорем. Якорь соединен с валом источника механической энергии, такого как двигатель, и вращается. Требуемая механическая энергия может обеспечиваться двигателями, работающими на таких видах топлива, как дизельное топливо, бензин, природный газ и т. Д., Или с помощью возобновляемых источников энергии, таких как ветряная турбина, водяная турбина, турбина на солнечной энергии и т. Д.Когда катушка вращается, она разрезает магнитное поле, которое находится между двумя полюсами магнита. Магнитное поле будет мешать электронам в проводнике, вызывая в нем электрический ток.

Характеристики электрогенераторов

• Мощность: Электрогенераторы с широким диапазоном выходной мощности легко доступны. Как низкие, так и высокие требования к мощности можно легко удовлетворить, выбрав идеальный электрический генератор с соответствующей выходной мощностью.
• Топливо: Для электрических генераторов доступны различные варианты топлива, такие как дизельное топливо, бензин, природный газ, сжиженный нефтяной газ и т. Д.
• Портативность: На рынке доступны генераторы, на которых установлены колеса или ручки, чтобы их можно было легко перемещать с одного места на другое.
• Шум: Некоторые модели генераторов имеют технологию снижения шума, которая позволяет держать их в непосредственной близости без каких-либо проблем с шумовым загрязнением.

Применение электрогенераторов

• Электрогенераторы полезны для домов, магазинов, офисов и т. Д., Которые часто сталкиваются с перебоями в подаче электроэнергии. Они действуют как резервные, чтобы гарантировать бесперебойное электропитание устройств.
• В отдаленных районах, где нет доступа к электричеству из основной сети, электрические генераторы действуют как основной источник питания.
• При работе на проектных площадках, где нет доступа к электричеству из сети, электрические генераторы могут использоваться для питания машин или инструментов.

Свяжитесь с ближайшими к вам ведущими дилерами генераторов и получите бесплатные расценки
(Единый пункт назначения для MSME, ET RISE предоставляет новости, обзоры и анализ по GST, экспорту, финансированию, политике и управлению малым бизнесом.)

Загрузите приложение The Economic Times News, чтобы получать ежедневные обновления рынка и новости бизнеса в реальном времени.

Конструкция, принцип работы, типы и применение

Первоначальный электромагнитный генератор (диск Фарадея) был изобретен британским ученым Майклом Фарадеем в 1831 году.Генератор постоянного тока представляет собой электрическое устройство, используемое для выработки электроэнергии. Основная функция этого устройства — преобразовывать механическую энергию в электрическую. Доступно несколько типов механических источников энергии, таких как ручные кривошипы, двигатели внутреннего сгорания, водяные турбины , газовые и паровые турбины. Генератор обеспечивает питание всех электрических сетей . Обратную функцию генератора может выполнять электродвигатель. Основная функция двигателя — преобразование электрической энергии в механическую.Двигатели, как и генераторы, обладают схожими характеристиками. В этой статье обсуждается обзор генераторов постоянного тока.

Что такое генератор постоянного тока?

Генератор постоянного тока или генератор постоянного тока — это один из видов электрических машин, и основная функция этой машины — преобразовывать механическую энергию в электричество постоянного тока. В процессе изменения энергии используется принцип энергетически индуцированной электродвижущей силы. Схема генератора постоянного тока показана ниже.

Генератор постоянного тока

Когда проводник прорезает магнитный поток , в нем будет генерироваться электрически индуцированная электродвижущая сила на основе принципа электромагнитной индукции Закона Фарадея . Эта электродвижущая сила может вызвать протекание тока, когда цепь проводника не разомкнута.

Строительство

Генератор постоянного тока также используется в качестве двигателя постоянного тока без изменения его конструкции. Следовательно, двигатель постоянного тока, иначе генератор постоянного тока, можно вообще назвать машиной постоянного тока . Конструкция 4-полюсного генератора постоянного тока показана ниже. Этот генератор состоит из нескольких частей , таких как ярмо, полюса и полюсные наконечники, обмотка возбуждения, сердечник якоря, обмотка якоря, коммутатор и щетки. Но двумя основными частями этого устройства являются статор и ротор .

Статор

Статор является важной частью генератора постоянного тока, и его основная функция заключается в создании магнитных полей, в которых вращаются катушки.Сюда входят стабильные магниты, два из которых обращены противоположными полюсами. Эти магниты расположены в зоне ротора.

Сердечник ротора или якоря

Ротор или сердечник якоря — вторая важная часть генератора постоянного тока, и он включает в себя железные пластинки с прорезями и прорези, которые уложены друг на друга, образуя цилиндрический сердечник якоря . Как правило, эти пластинки предлагаются для уменьшения потерь из-за вихревого тока .

Обмотки якоря

Пазы сердечника якоря в основном используются для удержания обмоток якоря. Они имеют форму замкнутой обмотки, и они соединены последовательно и параллельно для увеличения суммы производимого тока.

Хомут

Внешняя конструкция генератора постоянного тока — это ярмо, и оно выполнено из чугуна, в противном случае — из стали. Он дает необходимую механическую мощность для переноса магнитного потока , передаваемого через полюса.

Поляки

Они в основном используются для удержания обмоток возбуждения. Обычно эти обмотки намотаны на полюса, и они соединены последовательно, в противном случае — параллельно обмоткам якоря . Кроме того, полюса будут соединяться по направлению к ярму с помощью метода сварки, в противном случае с помощью винтов.

Полюсный башмак

Полюсный башмак в основном используется для распределения магнитного потока, а также для предотвращения падения катушки возбуждения.

Коммутатор

Коммутатор работает как выпрямитель для изменения напряжения переменного тока на напряжение постоянного тока внутри обмотки якоря на щетках. Он разработан с медным сегментом, и каждый медный сегмент защищен друг от друга с помощью слюдяных листов . Он расположен на валу станка.

Коммутатор в генераторе постоянного тока

Функция коммутатора генератора постоянного тока

Основная функция коммутатора в генераторе постоянного тока — преобразовывать переменный ток в постоянный.Он действует как реверсивный переключатель, и его роль в генераторе обсуждается ниже.

ЭДС, наводимая в катушке якоря генератора, является переменной. Таким образом, ток в катушке якоря также может быть переменным. Этот ток можно реверсировать через коммутатор в точный момент, когда катушка якоря пересекает магнитную несмещенную ось. Таким образом, нагрузка достигает постоянного или однонаправленного тока.

Коммутатор гарантирует, что ток от генератора всегда будет течь в одном направлении.Щетки будут обеспечивать качественные электрические соединения между генератором и нагрузкой, перемещаясь по коммутатору.

Кисти

Электрические соединения могут быть обеспечены между коммутатором , а также внешней цепью нагрузки с помощью щеток.

Принцип работы

Принцип работы генератора постоянного тока основан на законах Фарадея электромагнитной индукции . Когда проводник находится в нестабильном магнитном поле, внутри проводника индуцируется электродвижущая сила.Величина наведенной ЭДС может быть измерена с помощью уравнения электродвижущей силы генератора .

Если проводник находится на закрытой полосе, индуцируемый ток будет течь по дорожке. В этом генераторе катушки возбуждения генерируют электромагнитное поле, а проводники якоря превращаются в поле. Следовательно, в проводниках якоря будет генерироваться электромагнитно индуцированная электродвижущая сила (ЭДС). Путь наведенного тока будет определяться правилом правой руки Флеминга.

Генератор постоянного тока E.M.F Уравнение

Уравнение ЭДС генератора постоянного тока согласно законам электромагнитной индукции Фарадея равно Eg = PØZN / 60 A

Где Φ —

поток или полюс в пределах Webber

‘Z’ — общее количество проводников якоря

«P» — количество полюсов генератора

‘A’ — количество параллельных полос внутри якоря

‘N’ — вращение якоря в r.p.м (оборотов в минуту)

«E» — наведенная ЭДС на любой параллельной полосе внутри якоря.

«Eg» — это сгенерированная ЭДС на любой из параллельных полос движения.

‘N / 60’ — количество оборотов в секунду

Время на один оборот будет dt = 60 / Н сек

Типы генераторов постоянного тока

Классификация генераторов постоянного тока может быть сделана по двум наиболее важным категориям, а именно с отдельно возбужденными и самовозбужденными.

Типы генераторов постоянного тока

с отдельным возбуждением

Катушки возбуждения усилены автономным внешним источником постоянного тока.

Самовозбуждение

В самовозбуждающемся типе катушки возбуждения усилены генерируемым током генератором. Генерация первой электродвижущей силы будет происходить из-за ее выдающегося магнетизма внутри полюсов поля.

Произведенная электродвижущая сила вызовет подачу части тока в катушки возбуждения, что, таким образом, увеличит поток поля, а также генерацию электродвижущей силы. Кроме того, эти типы генераторов постоянного тока можно разделить на три типа, а именно: с последовательной обмоткой, шунтирующей обмоткой и составной обмоткой.

• При последовательной намотке обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно друг с другом.
• При шунтовой обмотке обмотка возбуждения и обмотка якоря подключены параллельно друг другу.
• Составная обмотка представляет собой смесь последовательной и параллельной обмоток.

КПД генератора постоянного тока

Генераторы постоянного тока

очень надежны и имеют КПД 85-95%

Считаем выход генератора VI

Вход генератора VI + потери

Вход = VI + I2aRa + Wc

Если ток возбуждения шунта незначительный, то Ia = I (приблизительно)

После этого n = VI / (VI + Ia2Ra + wc) = 1 / (1 + Ira / V + wc / VI)

Для максимальной эффективности d / dt (Ira / V + wc / VI) = 0, в противном случае I2ra = wc

Следовательно, эффективность будет максимальной, если переменные потери эквивалентны постоянным потерям

Ток нагрузки, эквивалентный наивысшему КПД, равен I2ra = wc, в противном случае I = √wc / ra

Потери в генераторе постоянного тока

На рынке доступны различные типы машин, в которых общая входная энергия не может быть преобразована в выходную из-за потери входящей энергии.В генераторах этого типа могут возникать разные потери.

Потери меди

Потери в меди якоря (Ia2Ra), где ток якоря равен «Ia», а сопротивление якоря — «Ra». Для генераторов, таких как шунтирующие, потери в меди эквивалентны Ish3Rsh, что почти стабильно. Для генераторов с последовательной обмоткой потери в меди в поле эквивалентны Ise2 Rse, что также почти стабильно. Для генераторов, таких как составная обмотка, потери в меди в поле аналогичны Icomp2 Rcomp, который также почти стабилен.При полной нагрузке потери в меди происходят на 20-30% из-за контакта с щеткой.

Сердечник или железо или магнитные потери

Классификация потерь в сердечнике может быть сделана на два типа, такие как гистерезис и вихревые токи

Гистерезис потери

Эти потери в основном возникают из-за переворота сердечника якоря. Каждая часть сердечника ротора попеременно проходит под двумя полюсами, такими как север и юг, и соответственно достигает полярности S и N. Каждый раз, когда ядро ​​подает напряжение ниже одного набора полюсов, ядро ​​завершает одну серию смены частоты.Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о том, что такое гистерезисные потери: факторы и их применение

Потери на вихревые токи

Сердечник якоря разрезает магнитный поток на протяжении всего своего вращения, и ЭДС может быть индуцирована внутри сердечника, в соответствии с законами электромагнитной индукции, эта ЭДС чрезвычайно мала, однако она создает большой ток на поверхности сердечника. . Этот огромный ток известен как вихревой ток, тогда как потери называются потерями на вихревые токи.

Потери в сердечнике стабильны для составных и шунтирующих генераторов, поскольку их токи возбуждения почти стабильны. Эти потери в основном происходят от 20% до 30% при полной нагрузке.

Механическая потеря

Механические потери могут быть определены как потери на трение вращающегося якоря в воздухе или потери от ветра. Потери на трение в основном возникают от 10% до 20% от потерь полной нагрузки в подшипниках и коммутаторе.

Паразитная потеря

Паразитные потери в основном возникают из-за объединения потерь в сердечнике и механических потерь.Эти потери также называются вращательными потерями.

Разница между генератором переменного и постоянного тока

Прежде чем мы сможем обсудить разницу между генераторами переменного и постоянного тока, мы должны знать концепцию генераторов. Как правило, генераторы делятся на два типа, например, переменного и постоянного тока. Основная функция этих генераторов — изменение мощности с механической на электрическую. Генератор переменного тока генерирует переменный ток, тогда как генератор постоянного тока генерирует постоянную энергию.

Оба генератора используют закон Фарадея для выработки электроэнергии.Этот закон гласит, что как только проводник перемещается в магнитном поле, он разрезает магнитные силовые линии, чтобы стимулировать ЭДС или электромагнитную силу внутри проводника. Величина этой наведенной ЭДС в основном зависит от связи сил магнитной линии через проводник. Как только цепь проводника замкнута, ЭДС может вызвать протекание тока. Основными частями генератора постоянного тока являются магнитное поле и проводники, которые движутся в магнитном поле.

Основные различия между генераторами переменного и постоянного тока — одна из самых важных тем в области электричества.Эти различия могут помочь студентам изучить эту тему, но перед этим нужно знать о генераторах переменного тока, а также генераторах постоянного тока во всех деталях, чтобы различия были очень просты для понимания. Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о разнице между генератором переменного и постоянного тока.

Характеристики

Характеристика генератора постоянного тока может быть определена как графическое представление двух отдельных величин. Этот график покажет установившиеся характеристики, которые объясняют основную взаимосвязь между напряжением на клеммах, нагрузкой и возбуждением через этот график.Ниже рассмотрены наиболее важные характеристики этого генератора.

Характеристики намагничивания

Характеристики намагничивания обеспечивают разницу производимого напряжения в противном случае напряжение холостого хода через ток возбуждения при стабильной скорости. Этот вид характеристики также известен как характеристика холостого хода разомкнутой цепи.

Внутренние характеристики

Внутренние характеристики генератора постоянного тока могут быть нанесены на график между током нагрузки и генерируемым напряжением.

Внешние характеристики или характеристики нагрузки

Характеристики нагрузки или внешнего типа обеспечивают основные взаимосвязи между током нагрузки и напряжением на клеммах при стабильной скорости.

Преимущества

Преимущества генератора постоянного тока включают следующее.

• Генераторы постоянного тока генерируют большую мощность.
• Терминальная нагрузка этих генераторов высока.
• Конструкция генераторов постоянного тока очень проста
• Они используются для генерации неравномерной выходной мощности.
• Они полностью соответствуют 85-95% рейтинга эффективности
• Они дают надежный результат.
• Они легкие и компактные.

Недостатки

К недостаткам генератора постоянного тока можно отнести следующее.

• Генератор постоянного тока нельзя использовать с трансформатором
• КПД этого генератора низкий из-за множества потерь, таких как медные, механические, вихревые и т. Д.
• Падение напряжения может происходить на больших расстояниях
• В нем используется коммутатор с разъемным кольцом, что усложняет конструкцию машины
• Дорого
• Высокое обслуживание
• Искры будут генерироваться при выработке энергии
• Больше энергии будет потеряно при передаче

Применение генераторов постоянного тока

Применения различных типов генераторов постоянного тока включают следующее.

• Генератор постоянного тока с отдельным возбуждением используется для повышения напряжения, а также для гальваники . Он используется для питания и освещения с помощью регулятора поля
• Генератор постоянного тока с самовозбуждением или шунтирующий генератор постоянного тока используется для питания, а также для обычного освещения с использованием регулятора. Может использоваться для аккумуляторного освещения.
• Генератор постоянного тока серии используется в дуговых лампах для освещения, генератора стабильного тока и бустера.
• Составной генератор постоянного тока используется для обеспечения источника питания для сварочных аппаратов постоянного тока.
• Составной генератор постоянного тока Level используется для электроснабжения общежитий, домиков, офисов и т. Д.
• Генератор постоянного тока используется для компенсации падения напряжения в фидерах.

Таким образом, это все про генератор постоянного тока . Наконец, исходя из приведенной выше информации, мы можем сделать вывод, что основные преимущества генераторов постоянного тока включают простую конструкцию и дизайн, простую параллельную работу и проблемы со стабильностью системы в меньшей степени, чем у генераторов переменного тока.Вот вам вопрос, в чем недостатки генераторов постоянного тока?

Принцип работы генератора постоянного тока, конструкция, схема

Принцип работы генератора постоянного тока

Что такое генератор постоянного тока

Принцип работы генератора постоянного тока: Генератор постоянного тока обозначает электрический генератор постоянного тока. Генератор постоянного тока производит постоянный ток. Генератор постоянного тока также называют динамо-машиной постоянного тока. Простая схема генератора постоянного тока показана на рис.

Схема генератора постоянного тока

Конструкция генератора постоянного тока | Принцип работы генератора постоянного тока

Простой генератор постоянного тока состоит из катушки из изолированного медного провода. Катушка помещается между двумя полюсами сильного подковообразного магнита. На практике большое количество витков изолированного медного провода наматывают на сердечник из мягкого железа.

Два конца катушки соединены с двумя половинами разрезного кольца (R ₁ , R ₂ называется коммутатором).Две угольные щетки слегка прижимают два полукольца. Ток отводится через щетки B ₁ и B ₂ .

Люди также спрашивают о принципе работы генератора постоянного тока

Принцип работы генератора постоянного тока

Пусть катушка ABCD изначально находится в горизонтальном положении и повернута против часовой стрелки. Когда катушка вращается против часовой стрелки, плечо AB движется вниз, а плечо CD движется вверх.

Катушка во время этого движения перерезает магнитные силовые линии, и в катушке возникает индуцированный ток.Согласно правилу правой руки Флеминга, при движении вниз плеча AB индуцированный ток течет от B к A в плече AB и от D к C в плече CD. Возникающий таким образом ток выводится через два полукольца и угольные щетки.

После половины оборота (поворот на 180º) плечи катушки поменялись местами; рука AB идет вправо, а рука CD — влево. Затем рука CD начинает движение вниз, а рука AB вверх. Во время этого полувращения индуцированный ток течет от C к D в плече CD и от A к B в плече AB.

Два полукольца (R ₁ и R ₂ ) вращаются вместе с катушкой и соприкасаются друг с другом с двумя матовыми угольными щетками (B ₁ , B ₂ ). В результате каждая угольная щетка по-прежнему имеет одинаковую полярность (+ или -). Щетка B ₂ всегда остается положительной (+) клеммой, а щетка B ₁ остается отрицательной (-) клеммой. Возникающий таким образом ток называется постоянным током (DC).

Генератор постоянного тока отличается от генератора переменного тока

Базовая конструкция генераторов переменного и постоянного тока аналогична.Два генератора отличаются только конструкцией контактных колец на концах провода катушки. Генератор переменного тока использует два полных кольца, называемых контактными кольцами, по одному на каждом конце провода катушки, в то время как генератор постоянного тока имеет два полукольца (называемых разрезными кольцами) коммутатора.

Генератор постоянного тока

— определение, детали и принцип работы

Что такое генератор постоянного тока?

Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются электрическими генераторами. Вырабатываемая электроэнергия далее передается и распределяется по линиям электропередач для бытового и коммерческого использования.Существует два типа генераторов:

1. Генератор переменного тока

2. Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока — это тип электрического генератора, который преобразует механическую энергию в электричество постоянного тока. Здесь преобразование энергии основано на принципе создания динамически индуцированной ЭДС. Эти генераторы наиболее подходят для автономных приложений. Генераторы постоянного тока обеспечивают непрерывное питание накопителей электроэнергии и электрических сетей (постоянного тока).

Части генератора постоянного тока

[Изображение будет загружено в ближайшее время]

Генератор постоянного тока состоит из следующих частей —

1. Статор — Статор представляет собой набор из двух магнитов, расположенных таким образом, что противоположные полярности обращены друг к другу . Статор предназначен для создания магнитного поля в области вращения катушки.

2. Ротор — Ротор представляет собой многослойный цилиндрический сердечник якоря с пазами.

3. Сердечник якоря — Сердечник якоря имеет цилиндрическую форму и имеет канавки на внешней поверхности.В этих пазах размещается обмотка якоря.

4. Обмотка якоря — это изолированные проводники, помещенные в сердечник якоря. Из-за них происходит реальное преобразование энергии.

5. Катушки возбуждения — для создания магнитного поля катушки возбуждения размещаются над полюсным сердечником. Катушки возбуждения всех полюсов соединены последовательно. Когда через них протекает ток, соседние полюса приобретают противоположную полярность.

6. Хомут — внешняя полая цилиндрическая конструкция известна как Хомут.Он обеспечивает поддержку основных полюсов и межполюсников и обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитного потока.

7. Полюса — основная функция полюсов — поддерживать катушки возбуждения. Это увеличивает площадь поперечного сечения магнитной цепи, что приводит к равномерному распределению магнитного потока.

8. Башмак полюса — Для защиты катушки возбуждения от падения и увеличения равномерного распространения магнитного потока используется башмак полюса. Полюсный башмак закреплен на хомуте.

9. Коммутатор — Коммутатор имеет цилиндрическую форму.Несколько клиновидных жестко вытянутых медных сегментов образуют коммутатор. Функции коммутатора:

Принцип работы генератора постоянного тока

Генератор постоянного тока работает по принципу законов Фарадея электромагнитной индукции. Согласно закону Фарадея, всякий раз, когда проводник находится в флуктуирующем магнитном поле (или когда проводник перемещается в магнитном поле), в проводнике индуцируется ЭДС. Если проводник провести по замкнутому пути, возникнет индуцированный ток.Направление индуцированного тока (определяемое правилом правой руки Флеминга) изменяется по мере изменения направления движения проводника.

[Изображение будет загружено в ближайшее время]

Например, рассмотрим случай, когда якорь вращается по часовой стрелке, а проводник слева движется вверх. Когда якорь завершит половину оборота, направление движения проводника изменится на обратное. Направление тока будет переменным. Когда соединения проводов якоря меняются местами, происходит реверсирование тока.Таким образом, мы получаем на выводах однонаправленный ток.

Уравнение ЭДС генератора постоянного тока

Уравнение ЭДС для генератора постоянного тока выражается как,

Где,

Например, ЭДС, генерируемая на любом параллельном пути

P- Общее количество полюсов в поле

N- Скорость вращения якоря (об / мин)

Z- Общее количество проводов якоря в поле.

Ø- Магнитный поток на полюс.

A — количество параллельных ходов в якоре.

Eg = (PØNZ) / 60A

Потери в генераторах постоянного тока

При преобразовании механической энергии в электрическую возникают потери энергии, т.е. весь ввод не преобразуется в выход. Эти потери классифицируются в основном на три типа:

1. Потери в меди. Эти потери возникают при протекании тока через обмотки и бывают трех типов: потери в медной оболочке якоря, потери в медной обмотке возбуждения и потери из-за сопротивления щеток.

2. Потери в железе — из-за индукции тока в якоре возникают потери на вихревые токи и гистерезисные потери.Эти потери также называются потерями в сердечнике или магнитными потерями.

3. Механические потери. Потери, возникающие из-за трения между частями генератора, называются механическими потерями.

Типы генераторов постоянного тока

[Изображение будет загружено в ближайшее время]

Применение генератора постоянного тока

1. Генератор постоянного тока с независимым возбуждением используется в силовых и осветительных целях с использованием регуляторов поля.

2. Генератор постоянного тока серии используется в дуговых лампах для генератора стабильного тока, освещения и усилителя.

3. Составные генераторы постоянного тока уровня используются для питания общежитий, офисов, домиков.

4. Составные генераторы постоянного тока используются для питания сварочных аппаратов постоянного тока.

5. Генератор постоянного тока используется для компенсации падения напряжения в фидерах.

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом для ветряных турбин

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом в качестве ветряного генератора

Из предыдущего руководства по ветряной турбине мы знаем, что электрический генератор — это вращательная машина, которая преобразует механическую энергию, производимую лопасти ротора (первичный двигатель) в электрическую энергию или мощность.Это преобразование энергии основано на законах электромагнитной индукции Фарадея, которые динамически индуцируют ЭДС. (электродвижущая сила) в катушки генератора при его вращении. Существует множество различных конфигураций электрического генератора, но одним из таких электрических генераторов, который мы можем использовать в ветроэнергетической системе, является генератор постоянного тока с постоянным магнитом или генератор PMDC .

Машины с постоянным магнитом постоянного тока (DC) могут использоваться как обычные двигатели, так и как ветряные генераторы постоянного тока, поскольку конструктивно между ними нет принципиальной разницы.Фактически, та же самая машина PMDC может приводиться в действие электрически, как двигатель для перемещения механической нагрузки, или она может приводиться в действие механически как простой генератор для генерации выходного напряжения. Это делает генератор постоянного тока с постоянным магнитом (генератор PMDC) идеальным для использования в качестве простого ветряного генератора.

Если мы подключим машину постоянного тока к источнику постоянного тока, якорь будет вращаться с фиксированной скоростью, определяемой подключенным напряжением питания и силой его магнитного поля, тем самым действуя как «двигатель», создающий крутящий момент.Однако, если мы механически вращаем якорь со скоростью, превышающей расчетную скорость двигателя, используя лопасти ротора, то мы можем эффективно преобразовать этот двигатель постоянного тока в генератор постоянного тока, производящий генерируемую выходную ЭДС, пропорциональную его скорости вращения и магнитному полю. сила.

Обычно в обычных машинах постоянного тока обмотка возбуждения находится на статоре, а обмотка якоря — на роторе. Это означает, что у них есть выходные катушки, которые вращаются со стационарным магнитным полем, которое создает необходимый магнитный поток.Электроэнергия снимается непосредственно с якоря через угольные щетки с магнитным полем, которое регулирует мощность, подаваемую либо постоянными магнитами, либо электромагнитом.

Вращающиеся катушки якоря проходят через это стационарное или статическое магнитное поле, которое, в свою очередь, генерирует электрический ток в катушках. В генераторе постоянного тока с постоянным магнитом якорь вращается, поэтому весь генерируемый ток должен проходить через коммутатор или через контактные кольца и угольные щетки, обеспечивающие электроэнергию на его выходных клеммах, как показано.

Типичная конструкция генератора постоянного тока

Простой генератор постоянного тока может быть сконструирован различными способами в зависимости от соотношения и взаимосвязи каждой из катушек магнитного поля относительно якоря. Двумя основными соединениями для машины постоянного тока с самовозбуждением являются «Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой», в котором основная обмотка возбуждения соединена параллельно с якорем. «Генератор постоянного тока с последовательной обмоткой» имеет токоведущую обмотку возбуждения, соединенную в серии серии с якорем.Каждый тип конструкции генератора постоянного тока имеет определенные преимущества и недостатки.

Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой — В этих генераторах ток поля (возбуждения) и, следовательно, магнитное поле увеличивается с рабочей скоростью, поскольку это зависит от выходного напряжения. Напряжение якоря и электрический крутящий момент также увеличиваются с увеличением скорости. Генератор с параллельной обмоткой, работающий с постоянной скоростью при различных условиях нагрузки, имеет гораздо более стабильное выходное напряжение, чем генератор с последовательной обмоткой.Однако по мере увеличения тока нагрузки внутренние потери мощности на якоре вызывают пропорциональное уменьшение выходного напряжения.

В результате ток через поле уменьшается, уменьшая магнитное поле и вызывая еще большее падение напряжения, а если ток нагрузки намного выше, чем конструкция генератора, снижение выходного напряжения становится настолько серьезным, что приводит к большим внутренним потери якоря и перегрев генератора. В результате генераторы постоянного тока с шунтирующей обмоткой обычно не используются для больших постоянных электрических нагрузок.

Генератор постоянного тока серии

— ток возбуждения (возбуждения) в генераторе с последовательной обмоткой такой же, как ток, который генератор подает на нагрузку, поскольку они оба подключены последовательно. Если подключенная нагрузка мала и потребляет небольшой ток, ток возбуждения также невелик. Следовательно, магнитное поле обмотки последовательного возбуждения слишком слабое, и генерируемое напряжение также низкое.

Аналогично, если подключенная нагрузка потребляет большой ток, ток возбуждения также будет высоким.Следовательно, магнитное поле обмотки последовательного возбуждения очень сильное, а генерируемое напряжение высокое. Одним из основных недостатков генератора постоянного тока с последовательной обмоткой является плохое регулирование напряжения, и в результате генераторы постоянного тока с последовательной обмоткой обычно не используются для неустойчивых нагрузок.

Оба генератора постоянного тока с шунтовой обмоткой и серии имеют недостаток в том, что изменения тока нагрузки вызывают серьезные изменения выходного напряжения генератора из-за реакции якоря, и, как следствие, эти типы генераторов постоянного тока используются редко. как ветряные генераторы.

Однако «составной» подключенный генератор постоянного тока имеет комбинацию как шунтирующих, так и последовательных обмоток, объединенных в один генератор, и которые могут быть соединены таким образом, чтобы образовать «составной генератор постоянного тока с коротким шунтом» или «длинный шунт». составной генератор постоянного тока ». Этот тип конструкции генератора постоянного тока с самовозбуждением позволяет объединить преимущества каждого типа в одной машине постоянного тока.

Еще один способ преодолеть недостатки генератора постоянного тока с самовозбуждением — обеспечить внешнее соединение обмоток возбуждения.Затем это производит другой тип генератора постоянного тока, называемый , генератор постоянного тока с отдельным возбуждением .

Как следует из названия, генератор постоянного тока с отдельным возбуждением питается от независимого внешнего источника постоянного тока для обмотки возбуждения. Это позволяет току возбуждения создавать постоянный поток магнитного поля независимо от условий нагрузки на якорь. Когда к генератору не подключена электрическая нагрузка, ток не течет, и на выходных клеммах появляется только номинальное напряжение генератора.

Если к выходу подключена электрическая нагрузка, будет течь ток, и генератор начнет подавать электроэнергию на нагрузку.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением имеет множество применений и может использоваться в генераторах ветряных турбин. Однако генераторы постоянного тока для ветряных турбин имеют тот недостаток, что для возбуждения шунтирующего поля требуется отдельный источник питания постоянного тока. Однако мы можем преодолеть этот недостаток, заменив обмотку возбуждения постоянными магнитами, создав генератор постоянного тока с постоянным магнитом или генератор PMDC .

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом можно рассматривать как щеточный двигатель постоянного тока с независимым возбуждением и постоянным магнитным потоком. Фактически, почти все щеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (PMDC) можно использовать в качестве генераторов PMDC с постоянными магнитами, но, поскольку они на самом деле не предназначены для использования в качестве генераторов, они не могут быть хорошими генераторами ветряных турбин, потому что при работе в качестве простых генераторов постоянного тока В генераторе вращающееся поле действует как тормоз, замедляющий ротор.

Эти машины постоянного тока состоят из статора, имеющего редкоземельные постоянные магниты, такие как неодим или самарий-кобальт, для создания очень сильного магнитного поля статора вместо намотанных катушек и коммутатора, подключенного через щетки к намотанному якорю, как раньше.

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом

При использовании в качестве генераторов постоянного тока с постоянными магнитами двигатели с постоянным магнитным постоянным током обычно должны приводиться в движение намного быстрее, чем их номинальная скорость двигателя, чтобы обеспечить напряжение, близкое к номинальному, поэтому машины постоянного тока с высоким напряжением и низкой частотой вращения работают лучше. Генераторы постоянного тока.

Основным преимуществом перед другими типами генераторов постоянного тока является то, что генератор постоянного тока с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменения скорости ветра, потому что их сильное поле статора всегда присутствует и постоянно.

Генераторы постоянного тока с постоянными магнитами обычно легче, чем машины с обмоткой статора для данной номинальной мощности, и имеют более высокий КПД, поскольку отсутствуют обмотки возбуждения и потери в обмотках возбуждения.

Кроме того, поскольку статор снабжен системой полюсов постоянного магнита, он устойчив к воздействию возможного попадания грязи.Однако, если они не полностью герметизированы, постоянные магниты будут притягивать ферромагнитную пыль и металлическую стружку (также называемую стружкой или опилкой), что может вызвать внутренние повреждения.

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами является хорошим выбором для небольших ветряных турбин, поскольку они надежны, могут работать на низких скоростях вращения и обеспечивать высокий КПД, особенно в условиях слабого ветра, поскольку их точка включения довольно низкая.

Существует множество готовых генераторов постоянного тока с постоянными магнитами с широким диапазоном выходной мощности от нескольких ватт до многих тысяч ватт.Напряжение постоянного тока, создаваемое машиной постоянного тока с постоянным магнитом, определяется следующими тремя факторами:

• Магнитное поле, создаваемое статором. Это зависит от физических размеров генератора, силы и типа используемых постоянных магнитов.
• Количество витков или витков провода на якоре. Это значение фиксируется физическим размером генератора и якоря, а также размером проводника. Чем больше витков используется, тем выше выходное напряжение. Точно так же, чем больше диаметр или площадь поперечного сечения провода, тем выше ток.
• Скорость вращения якоря, которая определяется скоростью лопастей ротора ветряной турбины относительно скорости ветра. Для генераторов и двигателей PMDC выходное напряжение пропорционально скорости и, как правило, линейно.

Наиболее распространенным типом генераторов постоянного тока для ветряных турбин и небольших ветряных турбин, используемых для зарядки аккумуляторов, является генератор постоянного тока с постоянными магнитами, также известный как Dynamo . Динамо-машины — хороший выбор для новичков в ветроэнергетике, поскольку они большие, тяжелые и, как правило, имеют очень хорошие подшипники, поэтому вы можете установить довольно большие лопасти ротора прямо на вал их шкива.

Старые дизельные динамо-машины для грузовиков или автобусов — лучший выбор для ветряных турбин, поскольку они предназначены для выработки необходимого напряжения и тока на более низких скоростях с упором на эффективность, а не на максимальную мощность. Кроме того, большинство динамо-машин для автобусов и грузовиков могут генерировать мощность до 500 Вт при 24 В, чего более чем достаточно для зарядки аккумуляторов и питания фонарей для небольшой системы низкого напряжения.

Другие типы двигателей с постоянным постоянным током, которые подходят для ветряных генераторов постоянного тока, включают тяговые двигатели, используемые в гольф-карах, вилочных погрузчиках и электромобилях.Обычно это двигатели на 24, 36 или 48 В с высоким КПД и номинальной мощностью.

Одним из основных недостатков генератора постоянного тока с постоянными магнитами является то, что эти машины имеют коммутирующие щетки, которые пропускают полный выходной ток генератора, поэтому машины постоянного тока, используемые в качестве динамо-машин и генераторов, требуют регулярного обслуживания, поскольку угольные щетки, используемые для извлечения генерируемых ток быстро изнашивается и производит большое количество электропроводящей углеродной пыли внутри машины. Поэтому иногда используются генераторы переменного тока.

Автомобильные генераторы переменного тока — еще один очень популярный выбор в качестве простого генератора постоянного тока для использования в качестве генератора ветровой турбины, особенно среди новичков и энтузиастов DIY, поскольку низковольтный постоянный ток также может генерироваться генераторами переменного тока. Большинство автомобильных генераторов переменного тока содержат выпрямители переменного тока в постоянный, которые подают постоянное напряжение и ток. В генераторе переменного тока магнитное поле вращается, и переменный трехфазный переменный ток, который генерируется неподвижными обмотками статора, преобразуется в 12 вольт постоянного тока внутренней схемой выпрямителя.У автомобильных генераторов переменного тока есть явное преимущество, заключающееся в том, что они специально разработаны для зарядки 12- или 24-вольтовых аккумуляторов.

Закрытые генераторы PMDC предпочтительнее в системах ветряных генераторов для защиты их от элементов, но стандартные автомобильные генераторы обычно открыты и охлаждаются окружающим воздухом, вентилируемым через генератор, поэтому требуется некоторая дополнительная форма защиты от атмосферных воздействий. Они также бывают различных размеров и номинальной мощности, предназначенные для небольших автомобилей и больших грузовиков, и, хотя они могут быть дешевыми и легкодоступными, они не очень эффективны по сравнению с более крупными генераторами постоянного тока с постоянными магнитами.

Ключ к простоте и повышению эффективности заключается в создании ветряной турбины с прямым приводом, в которой лопасти турбины установлены непосредственно на валу главного шкива генератора. Как только вы вводите шестерни, ремни, шкивы или любые другие способы увеличения или уменьшения их скорости, вы вносите потери энергии, дополнительные затраты и сложность.

Хотя хороший трехлопастной ротор диаметром от пяти до семи футов (от 1,5 до 2 метров) будет развивать скорость, превышающую 1000 об / мин, это все еще слишком медленно, чтобы быть подходящим для большинства обычных автомобильных генераторов переменного тока, которые вращаются со скоростью между 2 000 и 10 000 об / мин, поскольку они прикреплены к двигателю автомобиля, поэтому потребуется коробка передач или система шкивов для увеличения скорости вращения генератора и увеличения выходной мощности генератора.

Кроме того, автомобильным генераторам требуется дополнительный внешний источник питания для подачи небольшого тока смещения (обычно через индикаторную лампу приборной панели) на их катушки возбуждения для запуска возбуждения и, следовательно, процесса генерации до того, как генератор переменного тока достигнет скорости включения .

Этот внешний ток возбуждения может подаваться от подключенного блока батарей, но проблема заключается в том, что батареи будут постоянно подавать ток на обмотку возбуждения, что может разряжать батареи, даже когда лопасти турбины неподвижны в периоды нулевого или слабого ветра. .Другая проблема современных автомобильных генераторов заключается в том, что они построены из соображений дешевизны и легкости, поэтому обычно используются только валы ротора небольшого диаметра 5/8 дюйма или 17 мм для установки шкива, который может быть немного маловат, чтобы выдерживать вес и напряжения вращающихся лопастей.

Одной из самых сложных частей проектирования небольшой ветряной турбины низкого напряжения для производства электроэнергии является поиск подходящего генератора постоянного тока.

Генераторы постоянного тока с постоянным магнитом — это низкоскоростной генератор, который довольно надежен и эффективен при слабом ветре для использования в автономных автономных системах для зарядки батарей или для питания низковольтного освещения и приборов.Как правило, они имеют линейные кривые мощности с низкой скоростью включения около 10 миль в час. К сожалению, старые генераторы постоянного тока на постоянных магнитах, которые больше, тяжелее и надежнее, становится все труднее найти.

Помимо генераторов постоянного тока с постоянными магнитами, автомобильные автомобильные генераторы также являются еще одним популярным выбором среди многих самодельщиков для использования в качестве генераторов постоянного тока низкого напряжения для ветряных турбин. Однако, будучи автомобильным генератором переменного тока, прикрученным сбоку, или двигателем внутреннего сгорания, они требуют высоких оборотов для выработки энергии и не всегда очень эффективны.Автомобильные генераторы также требуют внешнего источника питания для питания электромагнитов, которые создают внутреннее магнитное поле.

Автомобильные генераторы переменного тока ограничивают собственный ток с помощью встроенной схемы регулятора, которая также предотвращает перезарядку подключенных аккумуляторов генератором. Однако автомобильный генератор переменного тока никогда не должен подключаться к батарее задним ходом или запускать генератор на высоких оборотах без подключенной батареи, так как выходное напряжение поднимется до высоких уровней (намного больше 12 вольт) и разрушит внутренний выпрямитель.

Низковольтные автономные ветроэнергетические системы постоянного тока отлично подходят для зарядки батарей и т. низкое напряжение постоянного тока, генерируемое генератором постоянного тока с постоянными магнитами, в более высокое напряжение (120 или 240 вольт) переменного тока, или установка другого типа ветряного генератора.

В следующем руководстве по ветровой энергии мы рассмотрим работу и конструкцию другого типа электрической машины, называемой синхронным генератором.Синхронный генератор сильно отличается от генератора постоянного тока с постоянными магнитами, потому что он может использоваться для выработки электроэнергии переменного или переменного тока, подключенной к трехфазной сети.