Teori Generator DC

Karakteristik Generator DC (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Teori Generator DC

DC Litar Elektrik


soalan 1

Penjana yang digunakan dalam sistem pengisian bateri mesti dikawal selia supaya tidak terlalu mahal bateri (ies) mereka disambungkan ke. Berikut adalah pengawal voltan mentah, relay untuk penjana DC:

Litar relay elektromekanik yang mudah seperti yang satu ini sangat biasa dalam sistem elektrik automotif semasa tahun 1950-an, 1960-an dan 1970-an. Prinsip asas di mana operasi mereka berasaskan dipanggil maklum balas negatif : di mana sistem mengambil tindakan untuk menentang sebarang perubahan dalam pemboleh ubah tertentu. Dalam kes ini, pemboleh ubah ialah voltan output penjana. Terangkan bagaimana relay berfungsi untuk mengelakkan penjana daripada mengecas bateri dengan voltan yang berlebihan.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Sekiranya voltan bateri menjadi berlebihan, geganti membuka dan menyahaktifkan bidang penggulungan. Apabila voltan mengalir kembali ke tahap yang boleh diterima, relay itu akan menutup semula dan memulihkan bidang penggulungan supaya penjana boleh mula menghasilkan voltan sekali lagi.

Soalan cabaran: apa yang perlu kita ubah dalam litar ini untuk mengubah set voltan peraturan voltan penjana ("sasaran" voltan di mana output penjana sepatutnya dikawal selia) "nota tersembunyi"> Nota:

Litar yang dikeluarkan di sini sangat mirip dengan litar pengatur penjana sebenar yang digunakan dalam kereta Amerika sebelum kedatangan litar semikonduktor yang murah dan murah. Saya menunjukkan di sini bukan hanya untuk latar belakang sejarah, tetapi juga untuk menunjukkan bagaimana litar mentah yang relatif masih dapat melaksanakan tugas-tugas tertentu secara munasabah.

"Maklum balas negatif" adalah salah satu prinsip asas kejuruteraan elektronik dan elektrik. Sistem mudah seperti ini memberikan cara yang baik untuk perlahan-lahan memperkenalkan pelajar kepada konsep penting ini.

Soalan 2

Mekanik mempunyai idea untuk menaik taraf sistem elektrik dalam sebuah kereta yang asalnya direka untuk operasi 6 volt. Dia mahu menaik taraf lampu suluh 6 volt, motor permulaan, bateri, dan sebagainya, hingga 12 volt, tetapi ingin mengekalkan penjana 6 volt dan pengawal selia yang asal. Ditunjukkan di sini ialah sistem elektrik 6 volt yang asal:

Pelan mekanik adalah untuk menggantikan semua beban 6-volt dengan beban 12 volt, dan menggunakan dua bateri 6 volt yang disambungkan secara bersiri, dengan pengatur voltan pengesan asal (6-volt) yang menyentuh hanya satu daripada bateri:

Terangkan bagaimana sistem ini sepatutnya berfungsi. Adakah anda fikir rancangan mekanik praktikal, atau ada masalah dengannya "# 2"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Selagi penjana mampu mengeluarkan 12 volt, sistem ini akan berfungsi!

Soalan cabaran: mengenal pasti faktor-faktor yang mungkin menghalang penjana daripada mengeluarkan voltan yang cukup dengan pengawal selia yang disambungkan seperti yang ditunjukkan dalam rajah terakhir.

Nota:

Dalam persoalan ini, kita melihat satu teori yang menyerupai teori op-amp, dengan maklum balas negatif pengawal selia yang digunakan pada dasarnya pembahagi voltan (dua bateri voltan sama yang dikenakan oleh penjana). Litar pengawal selia hanya hanya 6 volt, tetapi penjana mengeluarkan 12 volt.

Secara asasnya, fokus soalan ini adalah maklum balas negatif dan salah satu daripada banyak aplikasi praktikal dalam bidang kejuruteraan elektrik. Kedalaman yang anda membincangkan konsep ini akan berubah mengikut kesediaan para pelajar, tetapi ia adalah sesuatu yang harus anda sekurang-kurangnya menyebut semasa perbincangan mengenai soalan ini.

Idea ini sebenarnya datang dari salah satu pembaca siri buku teks saya

. Dia cuba menaik taraf kenderaan dari 12 volt ke 24 volt, tetapi prinsipnya sama. Perbezaan penting dalam rancangannya adalah bahawa dia masih merancang untuk mempunyai beban 12 volt di dalam kenderaan (alat pengukur papan pemuka, solenoid pemula, dan lain-lain), dengan 24 volt penuh yang membekalkan hanya beban kuasa tinggi (seperti starter motor itu sendiri):

Sebagai cabaran untuk pelajar anda, tanyakan kepada mereka bagaimana mereka fikir sistem ini akan berfungsi. Ia agak lebih kompleks daripada sistem yang ditunjukkan dalam soalan tersebut, disebabkan oleh dua bank beban yang berbeza.

Soalan 3

Sekiranya arus elektrik dilalui melalui dawai ini, arah mana akan ditarik wayar (oleh interaksi medan magnet) "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00382x01. png ">

Adakah ini contoh motor elektrik atau penjana elektrik?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kawat akan ditolak dalam contoh motor ini.

Nota:

Satu bantuan visual untuk memahami interaksi dua medan magnet adalah gambarajah yang memperlihatkan garis-garis fluks yang berasal dari magnet tetap, melawan garis pekeliling fluks sekitar wayar. Tanya pelajar-pelajar yang menemui ilustrasi serupa dalam penyelidikan mereka untuk membuat gambar ini di papan di depan kelas, bagi mereka yang tidak melihatnya.

Soalan 4

Jika wayar ini (di antara tiang magnet) dipindahkan ke arah ke atas, apakah polariti voltan yang akan ditunjukkan oleh meter?

Huraikan faktor-faktor yang mempengaruhi magnitud voltan yang diakibatkan oleh gerakan, dan tentukan sama ada ini adalah contoh motor elektrik atau penjana elektrik.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Voltmeter akan menunjukkan voltan negatif dalam contoh penjana ini.

Nota:

Tanya pelajar anda untuk menjelaskan jawapan mereka mengenai faktor-faktor yang mempengaruhi magnitud voltan. Di manakah mereka memperolehi maklumat "panel kerja panel panel lalai" yang berkenaan "

Soalan 5

Sekiranya wayar ini (di antara tiang magnet) dipindahkan ke arah ke atas, dan hujung dawai disambungkan kepada beban rintangan, yang mana akan melalui arus wayar?

Kita tahu bahawa arus bergerak melalui wayar akan menghasilkan medan magnet, dan medan magnet ini akan menghasilkan daya tindak balas terhadap medan magnet statik yang datang dari dua magnet tetap. Arah yang mana akan daya tindak balas ini menolak wayar membawa semasa "# 5"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Pasukan tindak balas akan terus menentang arah pergerakan, seperti yang digambarkan oleh Hukum Lenz.

Soalan susulan: Apakah fenomena ini menunjukkan kepada kami tentang kemudahan memindahkan mekanisma penjana di bawah beban, berbanding dibongkarkan? Apakah kesannya meletakkan beban elektrik di terminal output sebuah penjana mempunyai usaha mekanikal yang diperlukan untuk menghidupkan penjana?

Nota:

Sekiranya anda mempunyai motor DC magnet yang besar dan kekal di dalam bilik darjah anda, anda boleh dengan mudah menunjukkan prinsip ini untuk pelajar anda. Hendaklah mereka berputar aci motor (penjana) dengan tangan mereka, dengan terminal kuasa terbuka versus dipendekkan bersama-sama. Pelajar anda akan melihat perbezaan yang besar dalam kemudahan berpaling di antara dua negeri ini.

Setelah pelajar anda mempunyai peluang untuk membincangkan fenomena ini dan / atau mengalaminya sendiri, tanyakan kepada mereka mengapa pengeluar pergerakan meter elektro mekanikal biasanya menghantar meter dengan wayar pendek yang menghubungkan kedua-dua terminal meter bersama-sama. Bagaimanakah pergerakan meter PMMC menyerupai penjana elektrik? Bagaimanakah pemendekan terminal bersama membantu melindungi daripada kerosakan akibat getaran fizikal semasa penghantaran?

Tanyakan kepada pelajar anda untuk menerangkan faktor apa yang mempengaruhi magnitud daya tindak balas ini.

Soalan 6

Tentukan polaritas voltan teraruh antara hujung dawai wayar ini, kerana ia diputar di antara dua magnet:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan cabaran: jika perintang dihubungkan antara hujung gelung dawai ini, ia akan menjadi arus terus (DC), atau arus gelangsar (AC) "disembunyikan"> Nota:

Ambil perhatian bahawa kedua-dua dawai menamatkan polariti semasa gelung berputar. Tanyakan kepada pelajar anda untuk menjelaskan kenapa polariti adalah seperti mereka.

Soalan 7

Sekiranya hujung gelang dawai dilekatkan pada dua jalur logam pekeliling separuh, diatur agar kedua-dua jalur itu hampir membentuk bulatan lengkap, dan jalur tersebut dihubungi oleh dua "berus" yang menyambung ke kutub bertentangan dengan bateri, polaritas apa voltan akan diukur apabila gelung diputar lawan arah jam?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: adakah kekutuban diukur pada dua berus karbon yang pernah terbalik "nota disembunyikan"> Nota:

Tanya pelajar anda apa yang dipanggil jalur setengah bulatan logam, dalam istilah motor elektrik / penjana.

Soalan 8

Bagaimanakah Hukum Faraday induksi elektromagnetik berkaitan dengan output voltan penjana DC? Menurut Undang-undang Faraday, apakah faktor-faktor yang dapat kita ubah untuk meningkatkan output voltan oleh penjana DC?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Meningkatkan kadar perubahan ((dφ) / dt), atau menambah bilangan lilitan dalam penggulungan angker.

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk menulis persamaan untuk Undang-undang Faraday di papan tulis, dan kemudian menganalisisnya dalam arti kualitatif (dengan pembolehubah yang meningkat atau berkurang nilai) untuk mengesahkan jawapannya.

Jawapan pertama untuk soalan ini (tambah ((dφ) / dt)) telah ditinggalkan secara sengaja, agar pelajar berfikir. Apa, khususnya, mesti diubah untuk meningkatkan kadar perubahan ini dari semasa ke semasa? Pembolehubah sejagat mana yang berubah selepas penjana telah dihasilkan, dan yang mana tidak?

Soalan 9

Penjana DC akan bertindak sebagai motor DC jika disambungkan ke sumber kuasa DC dan tidak berputar pada kelajuan yang mencukupi. Ini adalah masalah dalam sistem kuasa DC, kerana penjana akan bertindak sebagai beban, menarik tenaga dari bateri, apabila enjin atau alat "penggerak utama" berhenti bergerak. Sebagai contoh, litar penjana / bateri mudah ini tidak praktikal untuk tujuan ini:

Kembali pada hari-hari apabila kereta menggunakan penjana DC untuk mengecas bateri mereka, satu geganti khas yang disebut geganti lancaran semasa terbalik adalah perlu untuk mengelakkan pelepasan bateri melalui penjana apabila enjin dimatikan:

Apabila penjana berputar dengan pantas, ia menjana voltan yang mencukupi untuk memberi tenaga gegelung shunt dengan arus yang cukup untuk menutup hubungan geganti. Ini menghubungkan penjana dengan bateri, dan mengecas arus semasa melalui gegelung siri, mewujudkan tarikan magnet yang lebih banyak untuk memegang hubungan geganti ditutup. Sekiranya bateri mencapai cas penuh dan tidak menarik lagi arus pengecasan dari penjana, relay akan tetap ditutup kerana gegelung shunt masih bertenaga.

Walau bagaimanapun, hubungan relay akan dibuka jika penjana itu mula bertindak sebagai beban bateri, menarik sebarang arus daripadanya. Terangkan mengapa ini berlaku.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Jika arus terbalik menerusi gegelung siri, medan magnet yang dihasilkan akan "memaksa" medan magnet yang dihasilkan oleh gegelung shunt, dengan itu melemahkan kekuatan medan magnet keseluruhan yang menarik pada alat penyambungan.

Nota:

A "cutout semasa terbalik" menyampaikan dengan cerdik mengeksploitasi polariti magnet yang boleh diterbalikkan untuk menutup atau membuka hubungan di bawah keadaan yang sesuai. Walaupun penjana DC tidak lagi digunakan dalam majoriti sistem elektrik kereta (alternator AC menggunakan penerus jambatan untuk menukar AC ke DC digunakan sebaliknya, dengan litar penerus secara semula jadi menghalang arus terbalik), aplikasi ini memberikan peluang yang baik untuk meneroka aplikasi teknologi relay dalam konteks kawalan penjana.

Soalan 10

Penjana luka shunt mempunyai "medan" elektromagnet yang memberikan medan magnet pegun di mana angker berputar:

Seperti semua elektromagnet, kekuatan medan magnet yang dihasilkan adalah secara langsung kepada jumlah arus melalui gegelung dawai. Tetapi apabila penjana duduk diam, voltan keluarannya adalah sifar, dan oleh itu tidak akan ada arus melalui lilitan medan untuk memberi tenaga dan menghasilkan medan magnet untuk memusingkan. Ini menyebabkan masalah, kerana angker tidak akan mempunyai sebarang voltan yang disebabkan oleh belitannya sehingga ia berputar dan ia mempunyai medan magnet pegun dari medan berliku untuk berputar.

Nampaknya kita mempunyai situasi catch-22 di sini: penjana tidak boleh mengeluarkan voltan sehingga penggulungan medannya bertenaga, tetapi penggulungan medannya tidak akan bertenaga sehingga penjana (armature) menghasilkan beberapa voltan. Bagaimanakah penjana ini akan mula mengeluarkan voltan, memandangkan masalah ini "# 10"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Biasanya, ada daya tarikan sisa yang tersisa di tiang lapangan untuk memulakan beberapa tindakan penjana ketika bertukar.

Soalan cabaran: apa yang boleh kita lakukan jika kutub medan penjana pernah kehilangan kemagnetan residualnya? Bagaimanakah penjana boleh dimulakan?

Nota:

Kembali pada zaman apabila penjana adalah perkara biasa dalam sistem elektrik automotif, ini menjadi masalah yang agak biasa. Walau bagaimanapun, penjana boleh "tercalar" untuk menetapkan semula medan magnet sisa ini sekali lagi.

Soalan 11

Dalam penjana DC luka shunt, voltan keluaran ditentukan oleh kelajuan putaran angker dan ketumpatan fluks medan magnet pegun. Untuk kelajuan sayap tertentu, apa yang menghalang voltan keluaran dari "melarikan diri" ke tahap tak terhingga, kerana voltan keluaran bertenaga penggulungan medan, yang membawa kepada aliran medan yang lebih besar, yang membawa kepada voltan keluaran yang lebih besar, yang membawa kepada aliran medan yang lebih besar, yang membawa kepada. . . ?

Jelas sekali, mesti terdapat beberapa had sedia ada untuk kitaran ganas ini. Jika tidak, voltan keluaran penjana DC luka shunt akan benar-benar tidak stabil.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Pada arus penggelongsor medan tertentu, tiang lapangan penjana menyerap, menghalang peningkatan selanjutnya dalam fluks magnetik.

Nota:

Persoalan ini memberi peluang yang baik untuk mengkaji semula konsep "ketepuan magnet", serta memperkenalkan konsep kejuruteraan maklum balas positif .

Soalan 12

Berkenaan dengan penjana elektrik DC, apakah satah neutral "# 12"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

"Neutral neutral" ialah titik putaran di mana penggulungan berputar berputar tidak mempunyai voltan yang diinduksi di dalamnya, kerana ((dφ) / dt) sama dengan sifar. Dalam mesin dua tiang yang mudah, satah neutral berserenjang dengan tiang tengah tiang:

Nota:

Tanya pelajar anda mengapa "satah neutral" adalah aspek penting dari penjana DC atau geometri motor. Apa hubungannya dengan satah neutral berkenaan dengan memotong beranda "panel kerja panel panel lalai" item>

Soalan 13

Anggapkan penjana secara mekanikal ditambah dengan enjin pembakaran dalaman di dalam kereta, untuk tujuan mengecas bateri permulaan. Agar bateri tidak diisi oleh penjana, mesti ada beberapa cara mengawal voltan keluaran penjana atas pelbagai kelajuan enjin.

Bagaimanakah peraturan voltan output generator ini biasanya dicapai? Apa pembolehubah dalam penjana mungkin paling mudah diselaraskan untuk mengekalkan voltan keluaran hampir berterusan? Hantarkan jawapan anda berkaitan dengan Hukum Faraday induksi elektromagnetik.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kaedah pengatur voltan penjana yang paling biasa ialah penyesuaian pengujaan penggulungan medan.

Nota:

Walaupun pengujaan penggantian medan boleh laras adalah bentuk penjana voltan output yang paling popular, ia bukan satu-satunya cara. Cabar pelajar anda dengan mencipta cara pengawasan bayaran lain untuk bateri dalam sistem elektrik otomotif ini, selain kawalan penggalian bidang penggulungan bidang. Apa lagi yang boleh kita lakukan untuk penjana, atau litar yang ada di dalamnya, untuk mencapai kawalan caj untuk bateri?

Soalan 14

Dalam kebanyakan kuasa tinggi penjana DC dan reka bentuk motor, wayar yang digunakan untuk membuat penggulungan medan adalah lebih tolok ukur daripada dawai yang digunakan untuk membuat penggulungan angker. Ini menunjukkan magnitud relatif semasa melalui lilitan masing-masing, dengan gegelung gegelung yang menjalankan lebih banyak daripada gegelung medan.

Bahawa angker yang menjalankan lebih banyak daripada bidang itu bukanlah masalah kecil, karena semua arus melalui tangan harus dilakukan melalui berus dan bar komutator. Semakin banyak komponen ini perlu dibawa, yang lebih pendek hidup mereka, semua faktor lain yang sama.

Tidakkah penjana boleh direkabentuk semula supaya medan itu menjalankan sebahagian besar arus, dengan angker hanya menjalankan sedikit? Dengan cara ini, berus dan bar komutator hanya akan membawa sebahagian kecil daripada arus biasa mereka, menjadikannya lebih murah dan lebih lama. Terangkan mengapa ini adalah mustahil untuk dilakukan.

Petunjuk: pertimbangkan reka bentuk penjana magnet kekal.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Adalah mustahil bagi penggulungan medan untuk menjalankan lebih banyak arus daripada angker dalam penjana DC yang berfungsi, kerana angker harus menjadi sumber tenaga elektrik, sementara medan itu hanya beban .

Nota:

Memandangkan berus dan pemakai alat ganti ini adalah sebab utama motor AC dan penjana lebih disukai berbanding DC, sebarang idea yang berpotensi untuk mengurangkan "haus dan lusuh" pada motor DC atau kuas penjana adalah wajar dipertimbangkan. Walau bagaimanapun, idea yang dicadangkan dalam soalan ini tidak akan berfungsi. Ini tidak semestinya satu soalan mudah untuk dijawab, kerana ia menguji pemahaman pelajar teori penjana. Petunjuk yang diberikan dalam soalan ("pertimbangkan penjana magnet kekal") bertujuan untuk memaksa pelajar untuk memudahkan masalah ini, dengan mempertimbangkan reka bentuk penjana kerja yang hanya mempunyai satu penggulungan (angker). Dengan mempermudahkan masalah dengan cara ini, pelajar harus melihat bahawa penggulungan angker telah membawa sebahagian besar semasa dalam penjana DC.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →