Как переделать генератор в электродвигатель: Как превратить электродвигатель в генератор

Содержание

Как превратить электродвигатель в генератор


Вопрос о необходимости иметь дома собственный генератор возникает у многих, так как вещь довольно практичная, а в некоторых случаях крайне необходима. Второй вопрос – как его сделать самому? Наиболее верный метод в данном решении – это сделать генератор из электродвигателя. На помощь приходят такие свойства электротехнических агрегатов как обратимость, позволяющая из одного преобразовать в другое. Для этих целей подходят отлично асинхронные электродвигатели переменных значений тока. В этом случае, главный атрибут генератора, такой как магнитное поле, будет обеспечиваться при вращении якоря.


Чтобы конструктивно подойти к преображению в генератор электродвигателя, рассмотрим основные конструктивные узлы последнего:

  • стартер и его обмотка;
  • крышки с подшипниками: передняя и задняя;
  • выполненный с короткозамкнутыми витками ротор;
  • контактные выходы для присоединения к сети питания.


Первоначально простая конструкция, отличающаяся надёжностью составляющих из-за их немногочисленности в конструкции, на самом деле имеет множество нюансов, основанных как на строении приводных частей, так и на участвующих в создании электромагнитной энергии с преобразованием её в механическую.  В общем смысле, суть работы электродвигателя имеет вид:

  1. Вокруг статорной обмотки появляется достаточно мощное электромагнитное поле. Назвать это условием для генерирования пока нельзя, так как в статическом поле отсутствует процесс движения.
  2. Благодаря имеющимся в роторе замкнутым виткам толстого кабеля, индуцируется ЭДС, создающее переменно магнитное поле в окружающем ротор пространстве.
  3. Под действием данных сил ротор приводится во вращение.


Поскольку генератор – это машина трёхфазного подключения, образующая электрическую энергию от механической, заданной первичным двигателем, элементы строения электродвигателей подходят для создания требуемого агрегата. И так, приводящийся в движение ротор достигает вращения в синхронной частоте, что вызывает во влиянии остаточного магнитного поля появление электродвижущей силы на клемах статорной обмотки. Далее, путём подключения конденсаторов к зажимам, в статорных обмотках появиться намагничивающий ёмкостный ток опережения. Чтобы появилось самовозбуждение генератора, конденсаторная ёмкость должна быть больше, нежели изначальные параметры генератора в критическом ёмкостном значении. Это повысит его частоту вращения генератора процентов на 5-10 в номинальном режиме от заданной синхронной. Так, к примеру, электродвигатель частотой 1500 об/мин для обращения в генератор должен быть раскручен до 1575-1650 об/мин.


Главное правило для выполнения электрогенераторов – мощность двигателей, которые используются, не должна превышать максимума в 20 кВА. Полученный агрегат, выполненный своими руками, станет незаменимым в рамках домашнего хозяйства.

Будьте осторожны


Процесс превращения электродвигателя в генератор несёт не только массу удовольствия, но и немалый риск, связанный с нарушением техники безопасности. Наиболее требуемыми правилами являются:

  • поскольку генератор переменного тока является достаточно опасным, применяемое напряжение должно быть 380В. 220В допускается лишь по крайнему случаю;
  • электрогенератор должен обязательно быть оборудован заземляющими отводами;
  • перед эксплуатацией выполните пробный запуск на наличие ошибок;
  • применять конденсаторы следует исходя из таблицы расчёта, представленной в любом соответствующем справочнике. Использование конденсаторов ниже или выше мощности может сулить нерабочим или неправильным в работе состоянием генераторов;
  • проверяйте надёжность соединения всех рабочих устройств и механизмов;
  • используйте частотные преобразователи Веспер или другие устройства для регулирования задающих параметров генератором, перемена энергетических величин которого может влиять на работу введённых электроприводов в полученную сеть;
  • не используйте генератор холостым ходом, так как может случиться перегрев;
  • чётко прослеживайте выходную вырабатываемую мощность тока. Так, если в трёхфазном генераторе была задействована всего одна типаемая фаза, мощность составит 30-35%, при двух – 60-70% мощности общего значения, которую имеет генератор;
  • выполняйте контроль частоты переменного тока путём сравнения выходного напряжения, величина которого при холостых оборотах превысит промышленное значение на 4-6%.

Электродвигатель

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Электродвигатель как генератор — ООО «СЗЭМО Электродвигатель»

Всем известно, что работа электродвигателя – это преобразование электрической энергии в механическую. Удастся ли заставить его преобразовывать механическую энергию в электрическую, чтобы использовать электродвигатель как генератор? Благодаря действующему в электротехнике принципу обратимости это возможно. Но нужно четко знать принцип работы агрегата и создать условия, способствующие превращению.

Законы, позволяющие использовать асинхронный электродвигатель как генератор

В генераторе напряжение, обычно подаваемое с аккумулятора, возбуждает в обмотке якоря магнитное поле, вращение же обеспечивается любым физическим устройством. В электродвигателе возможность подачи напряжения на обмотку якоря не предусмотрена. Чтобы он не поглощал, а вырабатывал электроэнергию, магнитное поле необходимо создать искусственно.

В асинхронном двигателе вращающееся магнитное поле ротора «отстает» от поля статора, обеспечивая процесс перехода электроэнергии в механическую энергию. Следовательно, чтобы запустить обратный процесс, нужно сделать так, чтобы поле статора вращалось медленнее поля ротора, либо чтобы оно вращалось в противоположную сторону.

Способы переделки электродвигателя в генератор

Есть два способа «регулировки» магнитного поля статора.

Торможение реактивной нагрузкой

Сделать это можно с помощью мощной конденсаторной батареи. Включите ее в цепь питания двигателя, который работает в обычном режиме. Заряд, накопленный в батарее, будет в противофазе с зарядом, создаваемым питающим напряжением, что приведет к замедлению последнего. После этого двигатель вместо поглощения тока начинает генерировать его, отдавая в сеть.

Любой транспорт на электротяге работает именно благодаря этому эффекту – при «самостоятельном» движении под уклон механическая энергия не требуется, и конденсаторная батарея автоматически подключается к цепи питания. Вырабатываемая энергия подается в сеть, чтобы затем опять преобразоваться в механическую.

Самовозбуждение электродвигателя

Остаточное магнитное поле ротора может произвести ЭДС, достаточное для зарядки конденсатора. Вследствие этого возникает эффект самовозбуждения, что делает возможным переход двигателя в режим генерации электроэнергии. Непрерывность этого процесса обеспечивает конденсаторная батарея, подпитывающаяся от произведенного тока.

Этот способ является более действенным, и именно он подходит, если вы хотите применить асинхронный электродвигатель как генератор.

Что нужно знать, чтобы электродвигатель работал как генератор

При переделке двигателя в генератор следует учитывать следующие технические детали:

  • Не пытайтесь использовать электролитические конденсаторы – они не пригодны для подключения в цепь. Вам нужны неполярные конденсаторные батареи.
  • В трехфазных машинах конденсаторы могут включаться по схеме «треугольник» или «звезда». В первом случае величина напряжения на выходе выше, а во втором генерация начинается на меньших оборотах ротора. Выбирайте оптимальный для достижения вашей цели вариант.
  • Однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором тоже могут генерировать электроэнергию. Запуск осуществляется с помощью фазосдвигающего конденсатора.

Поскольку определить необходимую величину емкости конденсаторной батареи невозможно, остается подбирать ее по весу – он должен быть равен весу двигателя или слегка превышать его.

Насколько эффективно использование электродвигателя в качестве генератора

У использования электродвигателя как генератора есть свои «плюсы»:

  • Агрегат достаточно прост в обслуживании и экономичен, поскольку конденсатор получает энергию от остаточного поля ротора и от вырабатываемого тока.
  • Практически отсутствуют «побочные» траты энергии на магнитные поля или бесполезный нагрев.

И «минусы»:

  • Преобразованный в генератор двигатель чувствителен к перепадам нагрузки.
  • Частота вырабатываемого тока часто нестабильна.
  • Такой генератор не может обеспечить промышленную частоту тока.

Если в вашем случае преимущества перевешивают недостатки, то применение асинхронного генератора целесообразно.

Мотор из генератора своими руками | Делаем электродвигатель | КРОТ.NET — Еженедельный Журнал

Многие из нас, видя проезжающие по городу электро- скутеры, велосипеды или самокаты, с завистью оборачиваются вслед. Еще бы, пользоваться любимым транспортным средством прилагая минимум усилий – мечта каждого. Вот только стоят они весьма недешево. Вот тут-то и возникает мысль: а нельзя ли переделать свой велосипед в электрический?
Необходимым элементом для переделки является безщеточный мотор постоянного тока (BLDC), но его цена на рынке достаточно высока. В нашей статье мы расскажем вам, как сделать такой мотор из генератора своими руками. Это значительно уменьшит расходы на переделку велосипеда. Ведь б/у генератор в хорошем состоянии можно недорого купить на любой автомобильной разборке.

Для того, чтобы сделать мотор из генератора, вам понадобятся:

  • старый автомобильный генератор;
  • плоскогубцы, набор ключей и отверток;
  • контроллер регуляторов оборотов;
  • паяльник;
  • провода;
  • две аккумуляторные батареи на 6В;
  • мультиметр;
  • подшипники (при необходимости их замены).

Шаг 1. Разбираем автомобильный генератор

1

Раскручиваем четыре длинных болта, соединяющих генератор.

2

Отсоединяем регулятор напряжения (реле-регулятор в сборе со щетками) и снимаем его.

Источник: https://youtu.be/y3qCx2JCIeo

3

Придерживая шкив, отворачиваем гайку крепления и снимаем его.

4

Снимаем все шайбы, крыльчатку и вынимаем шпонку.

Источник: https://youtu.be/y3qCx2JCIeo

5

Снимаем переднюю крышку, вынимаем ротор с коллектором и подшипники.

Источник: https://youtu.be/y3qCx2JCIeo

Если подшипники износились – замените их на аналогичные.

6

Откручиваем статор от задней крышки и выпрямительного блока и вынимаем его.

7

Отсоединяем и удаляем блок выпрямителей (диодный мост).

Источник: https://youtu.be/y3qCx2JCIeo

8

Зачищаем и соединяем в «треугольник» выводы обмоток статора.

9

Залуживаем их и припаиваем к ним провода.

Источник: https://youtu.be/y3qCx2JCIeo

10

Отсоединяем два контакта реле-регулятора от щеток и так же припаиваем к ним провода.

Источник: https://youtu.be/y3qCx2JCIeo

Шаг 2. Собираем мотор

1

Соединяем провода статора в жгут и вставляем его в заднюю крышку.

Источник: https://youtu.be/y3qCx2JCIeo

2

Ставим на место ротор с коллектором и подшипниками, надеваем переднюю крышку и стягиваем все длинными болтами.

3

Присоединяем на место щеточный блок.

Источник: https://youtu.be/y3qCx2JCIeo

4

Ставим на место шпонку, одеваем крыльчатку, шайбы и шкив и затягиваем все гайкой.

Шаг 3. Проводим испытание

Перед подключением источников питания к мотору обязательно проверьте мультиметром отсутствие межвиткового короткого замыкания, а также пробивания на корпус!

1

Подключаем выводы со щеток мотора к одному аккумулятору, а выводы со статора, через контроллер регуляторов оборотов – к другому.

2

В результате мы из старого автомобильного генератора получили BLDC мотор с возможностью регулировки оборотов.

Источник: https://youtu.be/y3qCx2JCIeo

Если вам понравилась наша статья, поставьте лайк 👍

✔️ Подписывайтесь на сайт, чтобы не пропустить ничего интересного!⚡

Больше фотографий и видеоконтента на сайте https://krrot.net

Мощный недорогой электровелосипед своими руками / Хабр

Привет, Гиктаймс!

Однажды, еще будучи обычным деревенским школьником, в автомобильном журнале я увидел небольшую заметку о электровелосипеде, построенным каким-то иностранным энтузиастом, и который умел разгоняться до 40 км/ч и имел запас хода в 70 километров. После этой небольшой заметки я бросил безуспешные попытки завести старый двигатель от бензопилы Дружба и понял, что будущее наступило. На дворе было начало двухтысячных.


Потом была учеба в ВУЗе, и первая постоянная работа. Работа была не ахти какая, 4-хдневка сменялась трехдневкой, времени было много, а денег мало, и мысли потихоньку снова возвращались к идее построить электровелосипед. Интернет был мне не так доступен как сейчас, да и он, интернет, не был завален таким количеством информации по самодельному и не очень самодельному электротранспорту, не было такого количества всевозможных комплектующих. И в голове рождались сумасшедшие идеи и фантастические конструкции из болгарок, электрорубанков, стартеров… Помню даже была идея разместить на ободе неодимовые магниты, а на перьях с двух сторон от колеса электромагниты.

Невоплощенная мысль то забывалась, то разгоралась с новой силой, но потребовалось еще лет 10 для того, чтобы она начала превращаться в реальность.

Я не пошел стандартным для многих путем — купить готовый набор и установить его на велосипед. Во-первых, потому, что не готов был тратить значительные суммы на покупку комплекта, а во-вторых, это бы точно не удовлетворило жажды конструирования и созидания. Вообще, я изначально поставил цель построить велосипед мощностью под 1 кВт с бюджетом 10 000р. Вполне амбициозная цель.

Итак, на тот момент у меня уже был «горный» велосипед Forward Sporting 103, тяжелый, стальной, с зубастым протектором, он хорошо ехал по любому бездорожью, даже по булыжникам на обочине трассы, но очень плохо ездил по гладкому асфальту, издавая почти самолетное жужжание, нарастающее с ростом скорости, протектор покрышек очень быстро съедал накат. Но он верой и правдой служит уже больше 10 лет. Конечно, это идеальный вариант для электрификации).

Из одного полезного сайта про электротранспорт узнал, что автомобильный генератор, оказывается, прекрасно работает в режиме мотора с дешевыми китайскими контроллерами для мотор-колес. В гараже как раз валялся генератор на 80 ампер от вазовской классики. Карты сошлись, старая мечта вспыхнула с новой силой, и я понял, что пора!

Тут же с одного китайского интернет-магазина были заказаны:

  1. Аккумуляторы 18650 – 2.6 а*ч, 40 шт
  2. Плата балансировки и защиты – 1шт
  3. Бессенсорный контроллер для электросамокатов на 1 квт номинальной мощности
  4. Вольт-, ампер-, ваттметр с вынесенным шунтом
  5. DC-DC преобразователь, умеющий делать из 60вольт 12

На местном базаре были куплены:

  1. Трещотка (вместе с задней осью)
  2. Цепь велосипедная
  3. Звездочка на 10 зубов от веломотора F50

В гараже были найдены звездочка от велосипеда передняя – на 48 зубов, задняя на 22 зуба, куски прямоугольных труб, болты, гайки, провода, изолента и прочая мелочь.

Изначально было решено пожертвовать рекуперацией в пользу сохранения наката и легкого педального хода, считаю эту функцию более полезной в плане увеличения пробега. Передняя звездочка от советского велосипеда теперь стала задней звездой электробайка. Левый фривил не нашел, поэтому обычная правая трещетка была переделана на левое вращение – с помощью бормашинки и алмазной шарошки были переделаны посадочные места собачек, а сами собачки развернуты в другую сторону.

Корпус трещотки немного расточен для посадки на левую сторону колеса, туда, где барабан колеса выходит за пределы фланца. У многих велосипедов без дисковых тормозов там достаточно места для установки такого самодельного фривила. У 48 зубовой звездочки была отрезана педаль, и средняя часть была выпилена болгаркой. Звезда соединена с трещоткой винтами с гайками. Вся эта конструкция крепится к колесу как задняя звездочка любого бензодырчика – длинными болтами через спицы и резиновые прокладки, изнутри в межспицевое пространство колеса вставляются полушайбы и все сжимается, крепко обхватывая с двух сторон фланец колеса.

На вал генератора нужно установить звездочку на 10 зубов, для этого я приварил ее к гайке, которая раньше крепила шкив генератора. Гайка навинчивается на вал генератора, и сверлится насквозь вместе с валом и в получившееся отверстие вставляется длинный винт м6 с гайкой на конце.

Звездочки от веломотора пришлось немного обточить бормашиной – их зубья расчитаны на более широкую цепь.

Передаточного отношения 10/48 не хватит для резвого старта, будет чрезмерное потребление энергии, я это на тот момент уже прекрасно понимал. Требуется повысить передаточное число. Готового редуктора я не нашел, различные решения на основе редукторов дрелей/болгарок отмел сразу, хоть и мощности они передают сопоставимые, но эти мощности получаются за счет высоких оборотов, мне же требовалось передавать большой крутящий момент при сравнительно низких — до 3 тыс. в минуту – оборотах.

Поэтому было решено сделать промежуточный вал.

Изначально планируемая компоновка с мотором над задним колесом была отметена. Не хотелось терять возможность возить какой-нибудь багаж, ну или закрепить там детское кресло. Нужно было разместить все в треугольнике рамы. После многочисленных примерок была изготовлена рама для двигателя и промежуточного вала.

Промежуточный вал, изготовленный из строительной шпильки, вращается в двух подшипниках, и передает вращение с правой стороны рамы на левую. Звездочки крепятся так же как на валу мотора – они приварены к гайкам, зашплинтованным на валу винтами м6.

Общее передаточное число получилось 10.56. На этом с механической частью пожалуй все.

Батарея имеет конфигурацию 13S3P- 48 вольт и емкость 7.8а*ч, собрана из 39 банок 18650.

Банки спаяны паяльником 60 вт кратковременными касаниями. В процессе одна банка зашипела – то ли перегрел, то ли в газовый клапан попала паяльная кислота, благо акумов было 40 штук, а потребовалось 39.

Электрическая часть отличается от классического электровелосипеда необходимостью постоянного питания якоря генератора — ведь мой мотор, в отличие от готового мотор-колеса, не имеет постоянных магнитов. Задачу понижения батарейного напряжения до требуемого якорю, выполняет понижающий DC-DC преобразователь, который переваривает до 60 вольт входного и выдает регулируемое выходное напряжение.

В остальном ничего необычного – батарея, контроллер, ручка газа в виде переменного резистора даже пока без возврата в исходное положение)…. Китайский ваттметр с синей подсветкой в качестве бортового компьютера для контроля разряда батареи….

Но, несмотря на то, что это все больше похоже на самоходную бомбу, это поехало, и поехало весьма неплохо. С моим весом 75 кг в первую выездку удалось разогнаться до 37,7км/ч. Ускорение получилось весьма резвое, максималка тоже устраивает. Запас хода получился небольшой — в смешанном цикле с резвыми разгонами до максималки и ездой внатяг с небольшой скоростью вокруг гаража удалось выжать 10 км без помощи педалями, впрочем для батареи это был только первый цикл заряд – разряд. Ваттметр показал 350 с чем то ватт-часов, и напряжение 40 вольт в конце цикла.

Какие выявились недостатки? Ясно, что все провода надо собрать в жгуты, это пока еще только стенд для ходовых испытаний. Цепь в первичной передаче весьма шумит, требует натяжителя-успокоителя, но скорее всего буду переделывать на зубчатый ремень. Нужна ручка газа – в планах сделать в виде курка, с концевиком, запитывающим якорь только в момент нажатия. И целого отдельного исследования требует возможность регулирования мотора током якоря — это второй канал управления двигателем. Да, у моего двигателя нет постоянных магнитов, зато есть электромагнит, индукцию которого мы можем менять в широких пределах. Преимущество ли это? Не знаю. Ведь якорь требует дополнительной электрической мощности 30-50 вт. Зато, не меняя передаточного числа механической трансмиссии, мы можем менять характеристику мотора в широчайших пределах. Повышение тока на якоре снижает обороты, но повышает крутящий момент, понижение же — наоборот, повышает обороты, но понижает момент. Может быть, получится оптимально настроить его под свою конфигурацию «железа»? Или как вариант вывести регулятор на руль и получить этакую электронную коробку передач – на разгоне и на подъемах повышать тягу, а на прямых участках и больших скоростях повышать обороты, таким образом выжимая из своей конфигурации максимум?. . У кого есть мысли, как можно всесторонне исследовать эту тему? Сейчас думаю над методологией.

Немного о зарядном устройстве. Моя батарея требует зарядного напряжения 54 в при токе до 3 ампер. Для зарядки был приобретен регулируемый повышающий DC-DC преобразователь – вход от 12 до 50 вольт, выход от 12 до 60.

Ему на вход подается 12 вольт выпрямленного напряжения от блока питания для светодиодных лент. Этот блок питания может выдавать до 12 ампер. Все собрано в корпусе из фанеры, сделанном на самодельном лазерном резаке, снабжено регуляторами тока и напряжения и вольтамперметром. В корпусе установлены два кулера – один работает на вход, другой на выход воздуха, таким образом, наиболее горячие части (радиаторы) обоих электронных блоков постоянно обдуваются. Зарядное устройство используется также для периодической подзарядки автомобильного аккумулятора. Весьма полезная в хозяйстве вещь получилась!

Доволен ли я результатом – более чем! Ведь при таких характеристиках удалось получить работоспособный аппарат с неплохими характеристиками с бюджетом меньше 10 000р!

Подобной компоновки я нигде на просторах интернета не встречал. Но она дает возможность каждому самодельщику за совсем небольшие деньги получить вполне неплохой электротранспорт, превосходящий по характеристикам, как мне кажется, многие серийные образцы, прикоснуться к этому увлекательному и, безусловно, прогрессивному направлению развития техники, получить радость творчества и незабываемое ощущение от езды на электротяге…

Генератор для ветряка из асинхронного двигателя




В качестве генератора для ветряка было решено переделать асинхронный двигатель. Такая переделка очень проста и доступна, поэтому в самодельных конструкциях ветрогенераторов часто можно видеть генераторы сделанные из асинхронных двигателей.


Переделка заключается в проточке ротора под магниты, далее магниты обычно по шаблону приклеивают к ротору и заливают эпоксидной смолой чтобы не отлетели. Так-же обычно перематывают статор более толстым проводом чтобы уменьшить слишком большое напряжение и поднять силу тока. Но этот двигатель не хотелось перематывать и было решено оставить все как есть, только переделать ротор на магниты. В качестве донора был найден трехфазный асинхронный двигатель мощностью 1,32Кв. Ниже фото данного электродвигателя.

>

Ротор электродвигателя был проточен на токарном станке на толщину магнитов. В этом роторе не применяется металлическая гильза, которую обычно вытачивают и надевают на ротор под магниты. Гильза нужна для усиления магнитной индукции, через нее магниты замыкают свои поля питая из под низа друг друга и магнитное поле не рассеивается, а идет все в статор. В этой конструкции применены достаточно сильные магниты размером 7,6*6мм в количестве 160 шт., которые и без гильзы обеспечат хорошую ЭДС.

>

>

Сначала, перед наклейкой магнитов ротор был размечен на четыре полюса, и со скосом были расположены магниты. Двигатель был четырех-полюсной и так как статор не перематывался на роторе тоже должно быть четыре магнитных полюса. Каждый магнитный полюс чередуется, один полюс условно «север», второй полюс «юг». Магнитные полюса сделаны с промежутками, так в полюсах магниты сгруппированы плотнее. Магниты после размещения на роторе были замотаны скотчем для фиксации и залиты эпоксидной смолой.



После сборки ощущалось залипание ротора, при вращение вала чувствовались залипания. Было решено переделать ротор. Магниты были сбиты вместе с эпоксидной смолой и снова размещены, но теперь они более менее равномерно установлены по всему ротору, ниже фото ротора с магнитами перед заливкой эпоксидной смолой. После заливки залипание несколько снизилось и было замечено что немного упало напряжение при вращении генератора на одних и тех же оборотах и немного подрос ток.


>


После сборки готовый генератор было решено покрутить дрелью и что нибудь к ниму подключить в качестве нагрузки. Подключалась лампочка на 220 вольт 60 ватт, при 800-1000 об/м она горела в полный накал. Так-же для проверки на что способен генератор была подключена лампа мощностью 1 Кв, она горела в полнакала и сильнее дрель не осилила крутить генератор.

>


В холостую на максимальных оборотах дрели 2800 об/м напряжение генератора было более 400 вольт. При оборотах примерно 800 об/м напряжение 160 вольт. Так-же попробовали подключить кипятильник на 500 ватт, после минуты кручения вода в стакане стала горячей. Вот такие испытания прошел генератор, который был сделан из асинхронного двигателя.



Далее дошла очередь до винта. Лопасти для ветрогенератора были вырезаны из ПВХ трубы диаметром160мм. Ниже на фото сам винт диаметром 1,7 м., и расчетные данные, по которым делались лопасти.

>


После для генератора была сварена стойка с поворотной осью для крепления генератора и хвоста. Конструкция сделана по схеме с уводом ветроголовки от ветра методом складывания хвоста, поэтому генератор смещен от центра оси, а штырек позади, это шкворень, на который одевается хвост.


>


Здесь фото готового ветрогенератора. Ветрогенератор был установлен на девятиметровую мачту. Генератор при силе ветра выдавал напряжение холостого хода до 80 вольт. К нему пробовали подсоединять тенн на два киловатта, через некоторое время тенн стал теплым, значит ветрогенератор все-таки имеет какую-то мощность.

>


Потом был собран контроллер для ветрогенератора и через него подключен аккумулятор на зарядку . Зарядка была достаточно хорошим током, аккумулятор быстро зашумел, как будто его заряжают от зарядного устройства.


Пока к сожалению никаких подробных данных по мощности ветрогенератора нет, так-как пользователь разместивший свой ветрогенератор вот здесь Фотоальбом ветряки ВК. не оставил эти данных. Но руководствуясь расчетами попробую немного просчитать что все-таки дает генератор на ветру 8-9 м/с, так-как напряжение холостого хода 80 вольт на этом ветре.


Данные на шиндике электродвигателя говорили 220/380 вольт 6,2/3,6 А. значит сопротивление генератора 35,4Ом треугольник/105,5 Ом звезда. Если он заряжал 12-ти вольтовый аккумулятор по схеме включения фаз генератора в треугольник, что скорее всего, то 80-12/35,4=1,9А. Получается при ветре 8-9 м/с ток зарядки был примерно 1,9 А, а это всего 23 ватт/ч, да немного, но может я где-то ошибся, если что поправьте в комментариях и я исправлю.


Такие большие потери из-за высокого сопротивления генератора, поэтому статор обычно перематывают более толстым проводом чтобы уменьшить сопротивление генератора, которое влияет на силу тока, и чем выше сопротивление обмотки генератора, тем меньше сила тока и выше напряжение.


Некоторые данные по ветрогенератору. Автор данного ветрогенератора Сергей написал что ток короткого замыкания 3,5А..При ветре 5-7м,с ,75в холостого хода,с нагрузкой надва АКБ,это 24в,2,5А и при этом на контролере срабатывал постоянно баласт..Это показания на 14.09.13г..А так получилось всё отлично..


Переделываем асинхронный двигатель под генератор для ветряка

Для того чтобы асинхронный двигатель стал генератором переменного тока надо чтобы внутри него образовывалось магнитное поле, это можно сделать путём размещения на роторе двигателя постоянных магнитов. Вся переделка и простая и сложная одновременно.

Сначала надо подобрать подходящий двигатель, который наиболее подойдёт для работы в качестве низкооборотистого генератора. Это многополюсные асинхронные двигатели, хорошо подходят 6-ти и 8-ми полюсные, низкооборотистые двигатели, с максимальными оборотами в режиме двигателя не более 1350об/м. Такие двигатели имеют наибольшее количество полюсов и зубцов на статоре.

Далее нужно разобрать двигатель и извлечь якорь-ротор, который надо сточить на станке до определённых размеров под наклеивание магнитов. Магниты необходимые, обычно клеят маленькие круглые магнитики. Сейчас я попробую рассказать как и сколько магнитов клеить.

Для начала нужно узнать сколько у вашего мотора полюсов, но по обмотке это понять достаточно трудно без соответствующего опыта, поэтому количество полюсов лучше прочитать на маркировке двигателя, если она конечно имеется, хотя в большинстве случаев она имеется. Ниже приведён пример маркировки двигателя и расшифровка маркировки.

По марке двигателя. Для 3х фазных: Тип двигателя Мощность, кВт Напряжение, В Частота вращения, (синх.), об/мин КПД, % Масса, кг

Например: ДАФ3 400-6-10 УХЛ1 400 6000 600 93,7 4580 Расшифровка обозначения двигателя: Д — двигатель; А — асинхронный; Ф — с фазным ротором; 3 — закрытое исполнение; 400 — мощность, кВт; б — напряжение, кВ; 10 — число полюсов; УХЛ — климатическое исполнение; 1 — категория размещения.

Бывает так, что двигатели не нашего производства как на фото выше, и маркировка непонятна, или маркировка просто нечитаемо. Тогда остаётся один метод, это посчитать сколько у вас зубцов на статоре и сколько зубцов занимает одна катушка. Если например катушка занимает 4 зубца, а их всего 24, то ваш мотор шестиполюсной.

Количество полюсов статора нужно знать для того, чтобы определиться с количеством полюсов при наклейке магнитов на ротор. Это количество обычно равное, то-есть если полюсов статора 6, то и магниты надо клеить с чередованием полюсов в количестве 6, SNSNSN.

Теперь, когда число полюсов известно надо рассчитать число магнитов для ротора. Для этого надо высчитать длину окружности ротора, по простой формуле 2nR где n=3,14. То есть 3,14 умножаем на 2 и на радис ротора, получается длинна окружности. Далее замеряем свой ротор по длине железа, которое в алюминиевой оправке. После можно нарисовать полученную полосу с длинной и шириной, можно на компьютере и потом распечатать.

Теперь нужно определится с толщиной магнитов, она примерно равна 10-15% от диаметра ротора, например если ротор 60мм, то магниты нужны толщиной 5-7мм. Для этого магниты покупают обычно круглые. Если ротор примерно 6см в диаметре, то магниты можно высотой 6-10 мм. Определившись какие магниты использовать, на шаблоне длинна которой равна длине окружности

Пример расчёта магнитов для ротора, например диаметр ротора 60см, высчитываем длину окружности =188см. Делим длину на количество полюсов, в данном случае на 6, и получаем 6 секций, в каждой секции магниты вклеиваются одинаковым полюсом. Но это ещё не всё. Теперь надо высчитать сколько магнитов войдёт в один полюс, чтобы их ровно распределить по полюсу. Например ширина круглого магнита 1см,расстояние между магнитами около 2-3мм, значит 10мм +3=13мм.

Длину окружности делим на 6 частей=31мм, это ширина одного полюса по длине окружности ротора, а ширина полюса по железу, допустим 60мм. Значит получается площадь полюса 60 на 31 мм. Это получается 8 в 2 ряда магнитов на полюс с расстоянием между собой 5мм. В этом случае надо пересчитать количество магнитов, чтобы они как можно плотнее уместились на полюсе.

Здесь пример на магнитах шириной 10мм, поэтому получается расстояние между ними 5мм. Если уменьшить диаметр магнитов например в 2 раза, то-есть 5мм, то они более плотно заполнят полюс вследствие чего увеличится магнитное поле от большего количества общей массы магнитом . Таких магнитов(5мм) поместится уже 5 рядов , а в длину 10, то-есть 50 магнитов на полюс, и общее количество на ротор 300шт.

Для того чтобы уменьшить залипание шаблон нужно разметить так, чтобы смещение магнитов при наклейке было на ширину одного магнита, если ширина магнита 5мм, то и смещение на 5мм.

Теперь когда с магнитами определился нужно проточить ротор, чтобы поместились магниты. Если высота магнитов 6мм, то стачивается диаметр на 12+1мм, 1мм это запас на кривизну рук. Магниты можно разместить на роторе двумя способами.

Первый способ это предварительно делается оправка, в которой сверлятся отверстия под магниты по шаблону, после оправка одевается на ротор, и магниты вклеиваются в просверленные отверстия. На роторе после проточки нужно дополнительно сточить на глубину равную высоте магнитов разделительный алюминиевые полоски между железом. А полученные бороздки заполнить отожжоными опилками смешанные с эпоксидным клеем. Это значительно увеличит эффективность, опилки будут служить дополнительным магнитопроводом между железом ротора. Выборку можно сделать отрезной машинкой или на станке.

Оправка для наклейки магнитов делается так, проточенный вал оборачивают полиэтиленом, потом наматывают слой за слоем бинт, пропитанный эпоксидным клеем, после стачивают на станке под размер и снимают с ротора, наклеивают шаблон и сверлют отверстия под магниты. После девают оправку обратно на ротор и наклеивают магниты клеют обычно на эпоксидный клей Ниже на фото два примера наклейки магнитов, первый пример на 2-х фото это наклейка магнитов с помощью оправки, а второй на следующей странице прямо через шаблон.На первых двух фотографиях хорошо видно и я думаю понятно как клеются магниты.

Переделка стартера в электродвигатель своими руками

Любой, кому приходится часто ездить по бездорожью, рано или поздно понимает необходимость такого незатейливого приспособления как лебедка. Сегодня на рынке доступен широкий выбор устройств, стоимость которых варьируется в зависимости от сложности самой конструкции, тягового усилия и амбиций производителя.

Если вашего бюджета недостаточно для приобретения такого устройства, можно попробовать сделать лебедку собственными руками. На такой шаг, конечно, отважится далеко не каждый: намного проще установить готовое устройство. Однако, если вам по душе ручной труд, вы точно задумайтесь над самостоятельным изготовлением автомобильной лебедки.

Существует несколько типов самодельных лебедок: это могут быть устройства с гидравлическим, ручным и электрическим приводом. Принцип работы такого устройства заключается в следующем: на барабан наматывается трос, который затем вращается руками или двигателем. Рассмотрим каждый тип лебедки более подробно.

Лебедка с электроприводом

В качестве двигателя чаще всего используются автомобильные стартеры, которые модифицированы для работы в режиме мотора. Также могут использоваться генераторы от грузовой техники. Можно использовать и электродвигатели от другой техники. Электропривод вне зависимости от происхождения должен иметь большую мощность, высокий крутящий момент и потреблять немного тока. Это позволит избежать разрядки аккумулятора.

Гидравлическая лебедка

Гидравлический привод для лебедки по конструкции значительно сложнее. Для его создания, как правило, нужен масляный насос, бак для масла и привод. Несмотря на то, что сама по себе конструкция гидравлического привода сложна и громоздка, лебедка с гидравлическим мотором имеет большое преимущество перед лебедкой с электроприводом. Она обеспечивает значительное тяговое усилие при сравнительно небольших энергозатратах.

Ручная лебедка

Ручная лебедка изготавливается практически по такому же принципу, что и остальные типы лебедок. Роль двигателя в данном устройстве выполняет человек. Мощность устройства зависит только от физического усилия оператора и длины рычага.

Основные элементы лебедки

Основным узлом лебедки служит барабан с тросом. Если вам удастся найти готовый барабан, которому не потребуется никаких переделок, это будет идеальный вариант. Если же такового под рукой не окажется, придется делать его самостоятельно. Для этой цели вполне подойдет отрезок толстостенной трубы. К нему необходимо приварить щечки, толщиной от 4 до 5 мм.

В одной из щечек в зависимости от типа лебедки может быть приварена шестерня. Также труба должна быть оборудована посадочными местами для подшипников. Для изготовления барабана вполне сгодится пара ступиц от Жигулей. Нужно только проточить тонкий конец и сварить обе половинки барабана.

В качестве редуктора лучше всего подойдет червячный редуктор с большим передаточным числом. Преимущество такого редуктора состоит в том, что при его использовании для создания лебедки отпадает необходимость в тормозе барабана. Для того чтобы обеспечить безопасное использование лебедки, лучше всего предусмотреть выносной пульт управления. Если вы делаете своими руками электрическую лебедку с использованием стартера, то лучше использовать стартер, укомплектованный планетарным редуктором. Таким узлом снабжены некоторые жигулевские моторы.

Делаем лебедку из стартера

Из листа металла необходимо изготовить площадку, на которую будут крепится все узлы. К ней нужно приварить посадочные места для вала барабана и установить его. Затем первичным валом вверх присоединяется редуктор. К редуктору крепится самодельный переходник для установки стартера. На первичный вал насаживается шестерня с соответствующим модулем зуба. Теперь достаточно закрепить стартер и устроить проводку, и можно пользоваться лебедкой.

Всем привет! давно не заглядывал к вам, и вот появился повод поделиться информацией по тому как можно сделать электрический лодочный мотор. все делалось ради хохмы, после грустных взглядов на цены бензина на заправках, из того что попалось в руки. оригинал тут alozovoy.livejournal.com/12409.html итак был проведен второй тест на воде мотора из стартера 2109 на базе «ноги» салюта. напомню что в 1 тесте мотор преодолел около 50 метров с паузами (чтобы не перегреть) на аккумуляторе 60 Ач, для последнего теста мы сделали несколько доработок, чтобы уменьшить прожорливость: были перепаяны внешние обмотки с параллельного режима(по 2 шт.) , на последовательный (4шт), а так же было заглушено отверстие охлаждения за ненадобностью. мотор приодолел на свежезаряженном аккумуляторе около 300-500 метров, что само по себе уже неплохо. скорость на глаз около 3 кмч(казанка + 2 чел.), против ветра(10-15мс) не едет. в принципе результат скорее положительный, чем отрицательный, и хороший стартер с перепаяными обмотками и подшипниками качения, а так же парой танковых аккумуляторов спасет отца русской демократии ;)))

Ответить на это сообщение
Re: Электромотор из стартера
Автор: cast (—.altaitelecom.ru) Дата: 07-06-08 13:55

безумству храбрых поем мы песню. завидую неунывающим оптимистам .

Ответить на это сообщение
Re: Электромотор из стартера
Автор: bober (—.ip.yaroslavl.ru) Дата: 07-06-08 15:40

Интересный опыт. А скажи пожалуйста, сколько ходит покупной электромотор со штатным аккумулятором.

Ответить на это сообщение
Re: Электромотор из стартера
Автор: valeri (213.87.72.—) Дата: 07-06-08 17:33

minn kota pro 32 на 72а/ч ходит около 2х часов на 5 скорости около 5-6 км/час.

Читать также: Степлеры канцелярские разновидности описание

Ответить на это сообщение
Re: Электромотор из стартера
Автор: Алексеевич (85.172.25.—) Дата: 07-06-08 17:46

cast писал > безумству храбрых поем мы песню. завидую неунывающим оптимистам .

Ваш сарказм вполне можно понять, как-то не очень впечатляют результаты полученные Александром. А я вчера вернулся с рыбалки и своими глазами видел как местный селянин передвигается на Обь-3 с помощью электромотора, собранного из ноги Стрелы и «какого-то стартера».Сам он ответить от чего стартер не может, говорит дал местный электрик, он не очень оборотистый, но зато довольно мощный. На вид около 15см в диаметре, в высоту ( сам двигатель ) около40-45см. Я бы сказал то ли от КРАЗа, то ли от комбайна.Он его эксплуатирует года полтора.Сначала таскал в лодку перед каждым выходом на воду аккумулятор 6 СТ-132 ( в нём , наверное, около 35-40кг). А вчера смотрю, у него новенький 6 СТ-60 с кальцием.Говорит что чуть чуть уступает старому по времени, зато значительно легче.Ёмкости аккумулятора хватает примерно на два часа хода.Скорость он не знает, но канал длиной 1км проходит за 15 минут.На воду ходит всегда вдвоём с женой. рака ловит. Если бы знал , что будет такая тема , я бы его сфоткал.

Ответить на это сообщение
Re: Электромотор из стартера
Автор: ksr (—.211.113.15.adsl-spb.net.rol.ru) Дата: 07-06-08 18:13

> примерно на два часа хода.Скорость он не знает, но канал длиной > 1км проходит за 15 минут. Пелла-Фиорд, 2 человека, Минкота 32pro, АКБ Минкота 130Ач — запас хода 20-21км при разряде до 15%-20% емкости. Движение в основном на 3-й передаче при скорости около 4.8-5.1км/ч.

Ответить на это сообщение
Re: Электромотор из стартера
Автор: qwerty1000 (91. 202.99.—) Дата: 07-06-08 18:16

сделал несколько лет назад

электрических генераторов | Как работают генераторы

Какие части электрического генератора?

Генератор состоит из девяти частей, и все они играют роль в передаче энергии туда, где она больше всего нужна. Составные части генератора:

  1. Двигатель. Двигатель подает энергию на генератор. Мощность двигателя определяет, сколько электроэнергии может обеспечить генератор.
  1. Генератор . Здесь происходит преобразование механической энергии в электрическую.Генератор, также называемый «genhead», содержит как движущиеся, так и неподвижные части, которые работают вместе, создавая электромагнитное поле и движение электронов, генерирующих электричество.
  1. Топливная система . Топливная система позволяет генератору производить необходимую энергию. Система включает топливный бак, топливный насос, трубопровод, соединяющий бак с двигателем, и возвратный трубопровод. Топливный фильтр удаляет мусор до того, как он попадет в двигатель, а форсунка нагнетает топливо в камеру сгорания.
  1. Регулятор напряжения . Этот компонент помогает контролировать напряжение вырабатываемой электроэнергии. Это также помогает преобразовать электричество из переменного тока в постоянный, если это необходимо.
  1. Системы охлаждения и выхлопа . Генераторы выделяют много тепла. Система охлаждения гарантирует, что машина не перегреется. Выхлопная система направляет и удаляет дымовую форму во время работы.
  1. Система смазки . Внутри генератора много маленьких движущихся частей.Очень важно смазать их соответствующим образом моторным маслом, чтобы обеспечить бесперебойную работу и защитить их от чрезмерного износа. Уровни смазки следует проверять регулярно, каждые 8 ​​часов работы.
  1. Зарядное устройство . Батареи используются для запуска генератора. Зарядное устройство — это полностью автоматический компонент, который обеспечивает готовность аккумулятора к работе в случае необходимости, подавая на него постоянное низкое напряжение.
  1. Панель управления .Панель управления контролирует все аспекты работы генератора от скорости запуска и работы до выходов. Современные устройства даже способны определять падение или отключение электроэнергии и могут автоматически запускать или выключать генератор.
  1. Основной узел / рама . Это корпус генератора. Это та часть, которую мы видим; структура, которая держит все это на месте.

Какое топливо нужно для электрогенераторов?

Современные электрические генераторы доступны во многих вариантах заправки.Дизель-генераторы — самые популярные промышленные генераторы на рынке. К бытовым генераторам чаще всего относятся: генераторы природного газа или генераторы пропана, тогда как портативные генераторы меньшего размера обычно работают на бензине, дизельном топливе или пропане. Некоторые генераторы могут работать на двух видах топлива и работают как на бензине, так и на дизельном топливе.

Топливные баки генератора

Топливная система обеспечивает генератор необходимым сырьем для выработки электроэнергии, инициируя процесс внутреннего сгорания. Без топлива не может происходить сгорание, и генератор не может преобразовывать механическую энергию в электрическую. Топливо для генератора необходимо хранить на месте, чтобы генератор можно было сразу же запустить в работу при необходимости.

В зависимости от типа генератора и его применения, топливные баки могут быть установлены на раме генератора или они могут быть внешними баками, расположенными далеко от самого генератора. Как правило, чем больше генератор и чем дольше он должен работать, тем больше топливный бак.Топливо для генератора хранится в баках разной емкости, в зависимости от предполагаемого использования генератора и требуемой мощности. Танки можно размещать над землей, под землей или под базой. Резервуары вспомогательной базы предназначены для хранения менее 1000 галлонов топлива и расположены над землей, но ниже основания генераторной установки.

Наземные и подземные резервуары для хранения топлива генератора — лучший выбор для нужд большой емкости. Подземные резервуары для хранения дороже в установке, но они, как правило, служат дольше, поскольку защищены от непогоды. У обоих типов резервуаров для хранения топлива есть свои плюсы и минусы, но вы не будете одиноки в принятии решения. Топливные баки генераторов и топливные системы генераторов должны соответствовать ряду требований и разрешений, прежде чем их можно будет установить, независимо от того, предназначена ли установка для жилого или коммерческого использования.

Основной кодекс, регулирующий топливные баки генератора в Соединенных Штатах, — это Правила и стандарты Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA), в частности разделы NFPA 30 и NFPA 37. Таким образом, все запросы на топливный бак генератора должны подаваться в Государственную пожарную службу. Маршалла для утверждения.

Чтобы определить минимальную требуемую емкость топливного бака, вам нужно подумать о том, как вы собираетесь использовать генератор. Для кратковременных или нечастых отключений электроэнергии может быть приемлемым резервный генератор с меньшим резервуаром для хранения, однако вам нужно будет наполнять резервуар чаще, чем вам нужно будет заполнять резервуары большего размера. Резервуары большего размера могут потребоваться, если вы планируете снабжать энергией крупный коммерческий объект основным генератором или если вы подвержены длительным частым отключениям электроэнергии.

Ваш поставщик генератора может помочь вам определить оптимальный размер топливного бака, чтобы у вас было достаточно топлива, когда оно вам понадобится. Еще одна вещь, о которой следует помнить как при покупке генератора, так и при выборе топливного бака для генератора, — это стоимость и доступность топлива в вашем регионе. Перед покупкой генератора рекомендуется поговорить с местными поставщиками топлива, чтобы получить лучшее представление о стоимости и логистике, связанных с получением топлива для генератора.

Выхлопные системы генераторов и средства контроля выбросов

Поскольку машины, работающие на ископаемом топливе и работающие непрерывно, даже если это время работы нестабильно, генераторы должны быть оснащены компонентами для их охлаждения и фильтрации выбросов. Системы охлаждения и вентиляции генераторов снижают и отводят тепло различными способами:

  • Вода. Для охлаждения компонентов генератора можно использовать воду. Этот тип системы охлаждения обычно ограничен конкретными ситуациями или очень большими установками мощностью 2250 кВт и выше.
  • Водород. Водород — очень эффективный хладагент, который используется для поглощения тепла, выделяемого работающим генератором. Тепло передается теплообменнику и вторичному охлаждающему контуру, часто расположенным в больших местных градирнях.
  • Радиаторы и вентиляторы. Генераторы меньшего размера охлаждаются за счет комбинации стандартного радиатора и вентилятора.

Пары, выделяемые генераторами, аналогичны выхлопным газам других двигателей, работающих на бензине или дизельном топливе. В их состав входят токсичные химические вещества, такие как углекислый газ, который необходимо фильтровать и удалять из выбросов. Выхлопная система генератора справляется с этой задачей.

Выхлопные трубы подсоединены к двигателю, где они направляют дым вверх, наружу и от генератора и установки.Труба выходит за пределы здания, в котором находится генератор, и должна заканчиваться далеко от дверей, окон и других зон забора воздуха.

Помимо выхлопных систем, некоторые генераторы подлежат федеральному контролю за выбросами. Контролируемые выбросы генератора включают: оксид азота (NOx), углеводороды, оксид углерода (CO) и твердые частицы.

В целом аварийные генераторы и генераторы, которые работают менее 100 часов в год, не подпадают под федеральные требования по выбросам генераторов, однако постоянно установленные основные генераторы и резервные генераторы подчиняются федеральным требованиям по выбросам в соответствии с тремя правилами EPA:

  • Национальный стандарт по выбросам опасных загрязнителей воздуха (NESHAP) — для поршневых двигателей внутреннего сгорания (RICE). 40 Свод федеральных правил, часть 63, подраздел ZZZZ. Также известно как правило RICE.
  • New Source Performance Standards (NSPS) — стандарты производительности для стационарных двигателей с искровым зажиганием . 40 CFR, часть 60, подраздел JJJJ. Также известно как правило NSPS с искровым зажиганием.
  • Стандарты характеристик стационарных двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия . 40 Свода федеральных правил, часть 60, подраздел IIII. Также известно как правило сжатия зажигания NSPS.

Хорошая новость заключается в том, что многие новые генераторы уже соответствуют стандартам выбросов генераторов благодаря производственным усовершенствованиям. Старые генераторы могут быть заменены на устаревшие, что делает их освобожденными от федеральных правил и подчиняется только государственным и местным стандартам выбросов. Требования к контролю выбросов различаются в зависимости от производителя, размера генератора и даты производства, поэтому лучший способ определить ваши требования к выбросам — это поговорить с продавцом или производителем генератора.

Для более глубокого изучения нормативов выбросов, прочтите этот официальный документ Cummins «Влияние норм уровня 4 на выбросы в электроэнергетике».

Панель управления генератора и автоматический резерва (АВР)

Одним из важнейших компонентов современных генераторов является панель управления генератором. Панель управления — это мозг генератора, а также пользовательский интерфейс генератора; точка доступа и управления работой генератора.

Многие панели управления оснащены автоматическим переключателем резерва (АВР), который постоянно контролирует поступающую мощность. Когда уровень мощности падает или полностью отключается, ATS сигнализирует панели управления о запуске генератора.Аналогичным образом, когда поступающее питание восстанавливается, АВР сигнализирует панели управления о необходимости выключить генератор и повторно подключается к электросети.

В дополнение к круглосуточному мониторингу, панель управления генератором предоставляет обширную информацию для менеджеров сайта:

  • Манометры двигателя предоставляют важную информацию об уровнях масла и жидкости, напряжении аккумуляторной батареи, частоте вращения двигателя и часах работы. Во многих генераторах панель даже автоматически отключает двигатель при обнаружении проблемы с уровнями жидкости или другими аспектами работы генератора.
  • Генераторы предоставляют ценную информацию о выходном токе, напряжении и рабочей частоте.

Какого рода техническое обслуживание требуется для генератора?

Генераторы

являются двигателями и требуют регулярного технического обслуживания двигателя для обеспечения надлежащей работы. Поскольку многие генераторы обеспечивают резервное питание в случае аварийных ситуаций, операторам крайне важно проводить регулярные проверки и инспекции своих генераторных установок, чтобы гарантировать, что машина будет работать по мере необходимости, когда это необходимо.

Лучшая программа технического обслуживания генератора — это та, которую рекомендует производитель, но, как минимум, все планы технического обслуживания генератора должны включать регулярное и текущее:

  • Осмотр и снятие изношенных деталей.
  • Проверка уровней жидкости, включая охлаждающую жидкость и топливо.
  • Осмотр и чистка аккумуляторной батареи.
  • Проведение теста банка нагрузки на генераторе и автоматическом переключателе.
  • Проверка панели управления на точность показаний и индикаторов.
  • Замена воздушного и топливного фильтров.
  • Осмотр системы охлаждения.
  • Смазка деталей по мере необходимости.

Обязательно ведите журнал технического обслуживания для ведения записей. Включите все показания, уровни жидкости и т. Д., А также дату и показания счетчика моточасов генератора. Эти записи можно сравнить с будущими записями и использовать для помощи в обнаружении отклонений или изменений в работе, которые могут указать вам на скрытые проблемы, которые могут стать серьезными, если их не проверить.

Генераторы

могут прослужить десятилетия при правильном обслуживании. Эти простые, небольшие вложения со временем окупятся за счет экономии на дорогостоящем ремонте или даже полной замене генератора. Если обслуживание генератора не является делом, которым вы можете управлять самостоятельно, многие дилеры генераторов предлагают контракты на техническое обслуживание или могут порекомендовать квалифицированных специалистов по техническому обслуживанию, которые помогут вам поддерживать генератор в отличном состоянии год за годом. Это время и деньги, потраченные не зря, если они могут поддерживать ваш бизнес в рабочем состоянии при отключении электроэнергии.

Как работают электрогенераторы и динамо-машины

Как работают электрогенераторы и динамо-машины — объясните это

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 августа 2020 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 различными 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 ХХ века в музее электростанции REA недалеко от Хэмптона, штат Айова. Предоставлено 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 что-нибудь запустить
электрические, от тостера или
зубную щетку
MP3-плеер или
телевидение,
вам нужно обеспечить его постоянным запасом электроэнергии. Откуда вы это возьмете? Есть основной закон физики
называется закон сохранения энергии, который объясняет, как можно получить
энергия — и как нельзя. 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
преобразованы из какой-то 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
ветровые турбины, гидроэлектростанции (которые вырабатывают энергию, используя энергию плотин рек) или геотермальную энергию (внутренняя
высокая температура). Где бы ни была ваша энергия, она почти наверняка будет
превратился в электричество с помощью генератора.Только
солнечные элементы и топливные элементы
производить электричество без использования генераторов.

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 позволять 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?

Рисунок: простой генератор, подобный этому, 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 генерирует 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.

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, которое создает магнит, 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.
(читать
краткая биография
или длинная биография).Если вы перемещаете провод в противоположном направлении, вы генерируете 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 выяснения того, как работают двигатели.)

Важно отметить, что вы генерируете ток только тогда, когда вы проводите провод через магнитное поле (или когда вы перемещаете магнит мимо провода, что равносильно тому же).Недостаточно просто разместить провод рядом с магнитом: для выработки электричества провод должен пройти мимо магнита или наоборот. Предположим, вы хотите производить много электроэнергии. Поднимать и опускать трос в течение всего дня не будет особенным удовольствием, поэтому вам нужно придумать способ, как провести трос мимо магнита, установив один или другой из них на колесо. Затем, когда вы повернете колесо, проволока и магнит будут двигаться относительно друг друга, и будет образовываться электрический 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 будет течь в одну сторону; когда он движется вниз, ток будет течь в обратном направлении. 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. Это 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 получение 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 каждый раз, когда катушка перемещается на пол-оборота, отменяя реверсирование тока. В генераторе переменного тока (внизу) нет коммутатора, поэтому выходной сигнал просто повышается, падает и меняет направление вращения при вращении катушки. Вы можете увидеть выходной ток от каждого типа генератора в таблице справа.

Генераторы переменного тока

Что, 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 автомобильных двигателей. 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

Фотография: Генератор переменного тока — это генератор, который вырабатывает переменный ток (переменный ток) вместо постоянного (постоянного). Здесь мы видим, как механик снимает генератор с двигателя подвесной моторной лодки.
Фото Есении Росас любезно предоставлено
ВМС США.

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 крутить педали немного сильнее, чтобы фары загорелись — 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 действует сохранение энергии
здесь тоже. Энергия, питающая генератор, поступает от
турбина. Энергия, питающая турбину, поступает из топлива.И
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 больше мощности он производит.
Вот приблизительное руководство от самого маленького до самого большого:

Тип Мощность (Вт)
Велосипед динамо 3
Генератор USB с ручным приводом 20
Ветряная микро турбина 500
Малый дизельный генератор 5000 (5 кВт)
Ветряная турбина 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
светильники, телевизоры или
стиральные машины, не переставая думать, что
электрическая энергия, которую мы используем, должна откуда-то поступать. Но что, если
вы работаете на открытом воздухе, в глуши, и нет
источник электроэнергии, который можно использовать для питания бензопилы или
электрическая дрель?

Одна из возможностей — использовать аккумуляторные инструменты с
перезаряжаемые батарейки. 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,
сжигая бензин, он толкает поршень взад-вперед, поворачивая
генератор и вырабатывающий на выходе постоянный электрический ток. С
с помощью трансформатора вы можете использовать такой генератор для
производите практически любое необходимое напряжение 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: Генераторная технология быстро развивалась 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 «преобразовать 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.

Узнать больше

На этом сайте

Возможно, вам понравятся эти другие статьи на нашем сайте по связанным 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 (эмалевый 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

Статьи

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.

Подписывайтесь на нас

Поделиться страницей

Сохраните эту страницу на будущее или поделитесь ею, добавив в закладки:

Цитируйте эту страницу

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

Больше на нашем сайте …

Поворотные преобразователи частоты

— Мотор-генераторные установки

Georator — международный лидер в производстве и продаже вращающихся преобразователей частоты. Мы работаем по всему миру и гордимся своим качеством и обслуживанием. Обратитесь к одному из наших опытных торговых представителей сегодня, чтобы запросить расценки или дополнительную информацию.

Что такое вращающийся преобразователь частоты?

Вращающиеся преобразователи частоты (также называемые «Мотор-генераторы» или MG Sets) преобразуют поступающую мощность переменного тока в механическую энергию вращения (вращающийся двигатель), который передает свою мощность вращения генератору, который преобразует его механическую мощность в выходную электрическую мощность переменного тока. Мощность вращения часто описывается в лошадиных силах, в то время как электрическая мощность описывается в киловаттах (кВт) или киловольт-амперах (кВА). Преобразование частоты (герц — Гц), напряжения и / или фазы (3 фазы, 1 фаза). ) присущи этому процессу.

Типы поворотных преобразователей и двигателей-генераторов

Мотор-генераторная установка с ременной муфтой

Мотор-генераторная установка с ременной муфтой

Самый простой способ соединения приводного двигателя с генератором — это использование приводных ремней и шкивов.

Прочитайте больше

Электрогенераторные установки с прямым подключением

Электрогенераторные установки с прямым подключением

Этот метод также позволяет параллельную работу нескольких преобразователей частоты.

Прочитайте больше

Мотор-генераторные установки с общим валом

Мотор-генераторные установки с общим валом

Синхронный двигатель — это самый сложный и точный преобразователь частоты вращения.

Прочитайте больше

Бесщеточные генераторы на постоянных магнитах

Бесщеточные генераторы на постоянных магнитах

Бесщеточные преобразователи частоты с постоянным магнитом 400 Гц, также известные под торговым наименованием «NoBrush».

Прочитайте больше

Что питает вращающийся преобразователь частоты?

Мотор-генераторные установки

используют несколько методов соединения приводного двигателя с генератором.Самый простой и наименее затратный метод — это преобразователи с ременной муфтой, в которых приводные ремни и шкивы используются не только для передачи энергии от двигателя к генератору, но и для изменения частоты с помощью передаточного числа шкивов. Некоторые клиенты обеспокоены долговечностью приводных ремней, но на практике приводные ремни не выходят из строя при правильной конструкции и установке. Georator имеет безупречный послужной список в этом отношении.

Другой метод — это преобразователи с прямым соединением, которые напрямую соединяют вал двигателя с валом генератора с помощью механической муфты и регулируют скорость приводного двигателя для изменения скорости вращения генератора, изменяя таким образом выходную частоту. Для этой цели используется электронный привод с регулируемой скоростью (ASD) вместо обычного пускателя двигателя.

Наконец, наиболее сложным и наиболее дорогостоящим методом является сборка двигателя и генератора на одном общем валу, называемых преобразователями частоты с общим валом. В этом случае изменение частоты осуществляется путем намотки двигателя с другим числом электрических полюсов, чем у генератора. Например, 12-полюсный двигатель и 10-полюсный генератор обеспечат преобразование с 60 Гц в 50 Гц.

В некоторых приложениях требуется только изоляция линии электропередачи (полное отсутствие непрерывности, вход-выход) или кондиционирование линии электропередачи (плохая входящая электрическая мощность преобразуется в хорошую выходную мощность). В этих изоляторах линий электропередачи между двигателем и генератором используется изолированная гибкая муфта для передачи энергии от двигателя к генератору и полной изоляции входа от выхода. Обычно частоты не меняются, хотя может потребоваться преобразование фазы или напряжения.

Каковы общие области применения поворотных преобразователей?

Роторные преобразователи частоты очень хороши при запуске и работе с типичными заводскими нагрузками. Они обладают способностью создавать высокие пусковые импульсные токи в течение коротких периодов времени, что делает их идеальными для нагрузок двигателя. Эти преобразователи очень прочные и могут выдерживать суровые условия окружающей среды. Несмотря на то, что они подвержены проливному дождю, с соответствующими кожухами эти устройства могут быть размещены на открытом воздухе и выдерживают широкий диапазон рабочих температур.

Типичные характеристики поворотных преобразователей частоты

  • Больше возможностей для более крупных приложений 10 кВА плюс
  • Намного лучше при пуске двигателя при нагрузках
  • Прочная напольная конструкция
  • Обычно фиксированная выходная частота
  • Стоимость не увеличивается линейно с увеличением мощности; например, 3x мощность = 1,5x стоимость
  • Гармонические искажения и шум от входной мощности не передаются на выход
  • Может вызывать сильные токи перегрузки 2-4X на короткие периоды времени
  • КПД при полной нагрузке до 90 +% на больших агрегатах

Электрические машины — генераторы и двигатели | Электродинамика

11.

2 Электрические машины — генераторы и двигатели (ESCQ4)

Мы видели, что когда проводник перемещается в магнитном поле или когда перемещается магнит
около проводника в проводнике течет ток. Величина тока зависит от:

  • скорость, с которой проводник испытывает изменяющееся магнитное поле,
  • количество витков, составляющих проводник, и
  • положение плоскости проводника относительно магнитного
    поле.

Влияние ориентации проводника относительно магнитного поля
проиллюстрирован на рисунке 11.1.

Рисунок 11.1: Серия рисунков, показывающих, что магнитный поток через проводник зависит от
от угла, который плоскость проводника составляет с магнитным полем. Величайший
поток проходит через проводник, когда плоскость проводника перпендикулярна
силовые линии магнитного поля, как на Рисунке 11.1 (а).Номер
силовых линий, проходящих через проводник, уменьшается, так как проводник вращается до тех пор, пока
он параллелен магнитному полю Рисунок 11. 1 (c).

Если наведенная ЭДС и ток в проводнике были представлены как функция угла
между плоскостью проводника и магнитным полем для проводника, имеющего
постоянной скорости вращения, то наведенные ЭДС и ток будут
варьируются, как показано на рисунке 11.2. Ток чередуется около нуля
и известен как переменного тока (сокращенно AC).

Рисунок 11.2: Изменение наведенной ЭДС и тока как угол между плоскостью проводника и
магнитное поле изменяется.

Угол изменяется как функция времени, поэтому приведенные выше графики можно отобразить на оси времени.
также.

Вспомните закон Фарадея, о котором вы узнали в 11 классе:

Закон Фарадея

ЭДС,
\ (\ mathcal {E} \), индуцированная вокруг одиночной петли проводника, пропорциональна
скорость изменения магнитного потока φ через площадь,
\ (A \) петли.Математически это можно выразить как:

\ [\ mathcal {E} = -N \ frac {\ Delta \ phi} {\ Delta t} \]

, где \ (\ phi = B · A \ cos \ theta \) и \ (B \) — напряженность магнитного поля.

Закон Фарадея связывает наведенную ЭДС со скоростью изменения магнитного потока,
который является произведением напряженности магнитного поля и поперечного сечения
область, через которую проходят силовые линии. Площадь поперечного сечения изменяется при вращении петли проводника.
что дает фактор \ (\ cos \ theta \).\ (\ theta \) — угол между
нормаль к поверхности шлейфа проводника и магнитному полю.
Когда проводник замкнутого контура меняет ориентацию по отношению к магнитному полю, величина магнитного потока, проходящего через область контура, изменяется, и в проводящем контуре индуцируется ЭДС.

Электрогенераторы (ESCQ5)

Генератор переменного тока (ESCQ6)

Используется принцип вращения проводника в магнитном поле для генерации тока.
в электрических генераторах.Генератор преобразует механическую энергию (движение) в электрическую.

Генератор

Генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

Схема простого генератора переменного тока показана на рисунке 11.3.
Проводник представляет собой катушку с проволокой, помещенную в магнитное поле. В
проводник вручную вращается в магнитном поле. Это порождает чередование
ЭДС.Переменный ток нужно передать от проводника к нагрузке,
это система, для функционирования которой требуется электрическая энергия.

Нагрузка и проводник соединены контактным кольцом. Скользящее кольцо
соединитель, который может передавать электричество между вращающимися частями
машины. Он состоит из кольца и щеток, одна из которых неподвижна.
по отношению к другому. Здесь кольцо прикрепляется к проводнику и щеткам.
прикреплены к нагрузке.Ток генерируется во вращающемся проводнике, проходит
в контактные кольца, которые вращаются против щеток. Ток передается
через щетки в нагрузку, и, таким образом, система получает питание.

Рисунок 11.3: Схема генератора переменного тока.

Направление тока
меняется с каждым пол-оборотом катушки. Когда одна сторона петли переходит в другую
полюс магнитного поля, ток в контуре меняет направление.Этот тип тока, который меняет направление, известен как переменный.
current, а на рис. 11.4 показано, как это происходит
как проводник вращается.

Рисунок 11.4:
Красные (сплошные) точки обозначают ток, исходящий со страницы, а крестики показывают текущий ток.
переходя на страницу.

Генераторы переменного тока

также известны как генераторы переменного тока. Они используются в автомобилях для зарядки автомобильного аккумулятора.

Генератор постоянного тока (ESCQ7)

Простой генератор постоянного тока устроен так же, как генератор переменного тока, за исключением того, что
представляет собой одно контактное кольцо, которое разделено на две части, называемые коммутатором, поэтому ток в
внешняя цепь не меняет направление. Схема генератора постоянного тока показана на
Рисунок 11.5. Коммутатор с разъемным кольцом позволяет изменять
направление тока в петле, создавая постоянный ток (DC), проходящий через
щетки и в цепь. Ток в петле меняет направление, но если вы посмотрите
внимательно на 2D-изображении вы увидите, что секция коммутатора с разъемным кольцом также изменилась
какой стороны цепи он касается. Если ток меняет направление одновременно
что коммутатор меняет местами стороны внешней цепи всегда будет иметь ток, идущий в
то же направление.

Рисунок 11.5: Схема генератора постоянного тока.

Форма ЭДС от генератора постоянного тока показана на рисунке 11.6. ЭДС не является постоянной, но представляет собой абсолютное значение синусоидальной / косинусоидальной волны.

Рисунок 11.6: Изменение ЭДС в генераторе постоянного тока.

Генераторы переменного и постоянного тока (ESCQ8)

Проблемы, связанные с замыканием и размыканием электрического контакта с движущейся катушкой, — это искрение и нагрев, особенно если генератор вращается с высокой скоростью. Если в атмосфере, окружающей машину, содержатся легковоспламеняющиеся или взрывоопасные пары, практические проблемы искрообразования щеточных контактов еще больше.

Если вращается магнитное поле, а не катушка / проводник, тогда в генераторе переменного тока (генераторе) не нужны щетки, поэтому у генератора переменного тока не будет тех же проблем, что и у генераторов постоянного тока.
Те же преимущества переменного тока над постоянным током для конструкции генератора также применимы к электродвигателям.
В то время как электродвигатели постоянного тока нуждаются в щетках для электрического контакта с движущимися катушками провода, электродвигатели переменного тока этого не делают.Фактически, конструкции двигателей переменного и постоянного тока очень похожи на их генераторы.
Электродвигатель переменного тока зависит от реверсивного магнитного поля, создаваемого переменным током через его неподвижные катушки с проволокой, чтобы заставить магнит вращаться. Двигатель постоянного тока зависит от замыкания и размыкания щеточных контактов.
соединения для обратного тока через вращающуюся катушку каждые 1/2 оборота (180 градусов).

Электродвигатели (ESCQ9)

Основные принципы работы электродвигателя такие же, как и у генератора, за исключением того, что электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию (движение).

Электродвигатель

Электродвигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.

Если поместить движущуюся заряженную частицу в магнитное поле, она
испытал бы силу, называемую силой Лоренца .

Сила Лоренца

Сила Лоренца — это сила, испытываемая движущейся заряженной частицей в электрическом
и магнитное поле.{-1} $} \)) и \ (B \) — напряженность магнитного поля (в теслах, Тл).

На этой схеме показан положительный заряд, движущийся между двумя противоположными полюсами магнитов. В
направление движения заряда указано оранжевой стрелкой. Он испытает
Сила Лоренца, которая будет в направлении зеленой стрелки.

Токоведущий провод, в котором ток идет в направлении оранжевого
стрелка, также будет испытывать магнитную силу, зеленая стрелка, из-за Лоренца
сила на движущиеся отдельные заряды
в текущем потоке.

Если направление тока обратное для того же направления магнитного поля, то
направление магнитной силы также будет обратным, как показано на этой диаграмме.

Можно, если есть два параллельных проводника с током в противоположных направлениях.
будут испытывать магнитные силы в противоположных направлениях.

Электродвигатель работает за счет использования источника ЭДС, заставляя ток течь по петле
проводник так, чтобы сила Лоренца на противоположных сторонах петли была противоположной
направлениях, которые могут вызвать вращение петли вокруг центральной оси.

Сила, действующая на проводник с током из-за магнитного поля, называется законом Ампера.

Направление магнитной силы перпендикулярно обоим направлениям потока
тока и направления магнитного поля и можно найти
используя
Правило для правой руки
, как показано на рисунке ниже. Используй свой
правая ; ваш первый палец указывает в сторону
ток, второй палец по направлению магнитного поля и большой палец
будет указывать в направлении силы.

И двигатели, и генераторы можно описать с помощью катушки, вращающейся в магнитном поле. В генераторе катушка присоединена к внешней цепи, которая поворачивается, что приводит к изменению потока, вызывающему ЭДС. В двигателе катушка с током в магнитном поле испытывает силу с обеих сторон катушки, создавая крутящую силу (называемую крутящим моментом , , произносится как «разговор»), которая заставляет ее вращаться.

Если используется переменный ток, для создания двигателя переменного тока необходимы два контактных кольца. Двигатель переменного тока показан на рисунке 11.7

.

Рисунок 11.7: Схема двигателя переменного тока.

Если используется постоянный ток, для создания двигателя постоянного тока требуются коммутаторы с разъемным кольцом. Это показано на рисунке 11.8.

Рисунок 11.8: Схема двигателя постоянного тока.

Реальные приложения (ESCQB)

Автомобили

В автомобиле есть генератор. Когда двигатель автомобиля работает,
Генератор заряжает аккумулятор и питает электрическую систему автомобиля.

Генераторы

Постарайтесь выяснить, какие значения тока генерируют генераторы переменного тока для разных типов машин. Сравните их, чтобы понять, какие числа имеют смысл в реальном мире. Вы найдете разные значения для автомобилей, грузовиков, автобусов, лодок и т. Д. Попробуйте выяснить, какие другие машины могут иметь генераторы.

Автомобиль также содержит электродвигатель постоянного тока, стартер, который вращает двигатель и запускает его.
Стартер состоит из очень мощного электродвигателя постоянного тока и соленоида стартера, прикрепленного к двигателю.Стартерному двигателю требуется очень большой ток для запуска двигателя, и он соединен с аккумулятором с помощью больших кабелей для передачи большого тока.

Производство электроэнергии

Для производства электроэнергии для массового распределения (в дома, офисы, фабрики
и т. д.) обычно используются генераторы переменного тока. Электроэнергия, производимая массивными
электростанции обычно имеют низкое напряжение, которое преобразуется в высокое напряжение. это
эффективнее распределять электроэнергию на большие расстояния в виде высоких
напряжение ЛЭП.

Затем высокое напряжение снижается до 240 В для потребления в домах и офисах. Этот
обычно делается в пределах нескольких километров от того места, где он будет использоваться.

Рисунок 11.9: Генераторы переменного тока используются на электростанциях (всех типов, гидро- и угольные станции) для выработки электроэнергии.

Вы можете это сделать! Позвольте нам помочь вам учиться с умом для достижения ваших целей. Siyavula Practice поможет вам в удобном для вас темпе, когда вы задаете вопросы в Интернете.

Зарегистрируйтесь, чтобы улучшить свои оценки

Генераторы и двигатели

Упражнение 11.1

Укажите разницу между генератором и двигателем.

Электрический генератор — это механическое устройство для преобразования энергии источника в электрическую.

Электродвигатель — это механическое устройство для преобразования электрической энергии из источника в энергию другого вида.

Используйте закон Фарадея, чтобы объяснить, почему в катушке, вращающейся в магнитном поле, индуцируется ток.

Закон Фарадея гласит, что изменяющийся магнитный поток может индуцировать ЭДС, когда катушка вращается в магнитном поле.
Вращение может изменять поток, тем самым вызывая ЭДС.

Если вращение катушки такое, что поток не меняется, т.е. поверхность катушки остается
параллельно магнитному полю, то наведенной ЭДС не будет.

Объясните основной принцип работы генератора переменного тока, в котором катушка механически вращается в магнитном поле.Нарисуйте схему, подтверждающую ваш ответ.

Решение пока недоступно

Объясните, как работает генератор постоянного тока. Нарисуйте схему, подтверждающую ваш ответ. Также опишите, чем генератор постоянного тока отличается от генератора переменного тока.

Решение пока недоступно

Объясните, почему катушка с током, помещенная в магнитное поле (но не параллельно полю), будет вращаться. Обратитесь к силе, действующей на движущиеся заряды со стороны магнитного поля и крутящего момента на катушке.

Катушка с током в магнитном поле испытывает силу с обеих сторон катушки, которая не
параллельно магнитному полю, создавая крутящую силу (называемую крутящим моментом), которая заставляет его вращаться.
Любая катушка, по которой течет ток, может ощущать силу в магнитном поле. Сила обусловлена
Магнитная составляющая силы Лоренца на движущихся зарядах в проводнике, называемая законом Ампера.
Сила на противоположных сторонах катушки будет в противоположных направлениях, потому что заряды
движется в противоположных направлениях.

Объясните основной принцип работы электродвигателя. Нарисуйте схему, подтверждающую ваш ответ.

Решение пока недоступно

Приведите примеры использования генераторов переменного и постоянного тока.

Автомобили (как переменного, так и постоянного тока), производство электроэнергии (только переменного тока), везде, где требуется электропитание.

Приведите примеры использования двигателей.

Насосы, вентиляторы, приборы, электроинструменты, бытовая техника, оргтехника.

Электродвигатели и генераторы

Электродвигатели, генераторы, генераторы переменного тока и громкоговорители объясняются с помощью анимации и схем.
Это ресурсная страница Physclips, многоуровневого мультимедийного введения в физику (загрузите анимацию на этой странице).


Двигатели постоянного тока

Простой двигатель постоянного тока имеет катушку с проволокой, которая может вращаться в магнитном поле.В
ток в катушке подается через две щетки, которые обеспечивают подвижный контакт с
разрезное кольцо. Катушка находится в постоянном магнитном поле. Силы приложили
на токоведущих проводах создают крутящий момент на катушке.

Сила F на проводе длиной L, по которому течет ток i в магнитном поле.
B равно iLB, умноженному на синус угла между B и i, который будет равен 90 °, если
поля были равномерно вертикальными. Направление F идет справа
правило руки *, как показано здесь.Две силы, показанные здесь, равны и противоположны,
но они смещены вертикально, поэтому создают крутящий момент. (Силы на
две другие стороны катушки действуют по одной и той же линии и поэтому не создают крутящего момента.)

    * Для запоминания направления силы используется ряд различных символов. Некоторые используют правую руку, некоторые — левую. Для студентов, которые знают векторное умножение, легко использовать силу Лоренца напрямую: F = q v X B , откуда F = i dL Б .Это источник диаграммы, показанной здесь.

Катушку также можно рассматривать как магнитный диполь или небольшой электромагнит,
как указано стрелкой SN: согните пальцы правой руки в
направление течения, а большой палец — северный полюс. В эскизе
Справа изображен электромагнит, образованный катушкой ротора.
как постоянный магнит, и тот же крутящий момент (север притягивает юг)
действовать для выравнивания центрального магнита.

    Мы используем синий для Северного полюса и красный для Южного. Это просто соглашение, чтобы сделать ориентацию ясной: нет никакой разницы в материалах на обоих концах магнита, и они обычно не окрашиваются в другой цвет.

Обратите внимание на влияние щеток на разрезное кольцо . Когда
плоскость вращающейся катушки достигает горизонтали, щетки разорвут контакт
(теряется не так много, потому что это и так точка нулевого момента — силы
действовать внутрь).Угловой момент катушки переносит ее через этот разрыв
точка, и ток затем течет в противоположном направлении, которое меняет
магнитный диполь. Итак, после прохождения точки останова ротор продолжает движение.
повернуть против часовой стрелки и начать выравнивание в обратном направлении. в
В следующем тексте я буду в основном использовать картинку «крутящий момент на магните», но
имейте в виду, что использование щеток или переменного тока может вызвать появление полюсов
электромагнит, о котором идет речь, меняет положение, когда ток меняет направление.

Крутящий момент, создаваемый в течение цикла, зависит от вертикального разделения
две силы. Следовательно, это зависит от синуса угла между
ось катушки и поле. Однако из-за разрезного кольца оно всегда
в том же смысле. Анимация ниже показывает его изменение во времени, а вы
можно остановить на любом этапе и проверить направление, приложив правую руку
правило.

Двигатели и генераторы

Теперь двигатель постоянного тока также является генератором постоянного тока.Взгляните на следующую анимацию. В
катушка, разрезное кольцо, щетки и магнит — это то же оборудование, что и двигатель
выше, но катушка вращается, что генерирует ЭДС.

Если вы используете механическую энергию для вращения катушки (N витков, область A) с равномерной
угловая скорость ω в магнитном поле B ,
это создаст в катушке синусоидальную ЭДС. ЭДС (ЭДС или электродвижущая сила — это почти то же самое, что и напряжение). Пусть θ будет
угол между B и нормалью к катушке, поэтому магнитный поток φ равен
НАБ.cos θ. Закон Фарадея дает:

Приведенную выше анимацию можно назвать генератором постоянного тока. Как и в двигателе постоянного тока,
концы катушки соединяются с разрезным кольцом, две половины которого контактируют
кистями. Обратите внимание, что щетки и разрезное кольцо «исправляют» создаваемую ЭДС:
контакты организованы таким образом, что ток всегда будет течь в одном и том же
направление, потому что, когда катушка вращается мимо мертвой точки, где щетки
встречаются зазор в кольце, соединения между концами катушки и
внешние клеммы перевернуты.ЭДС здесь (без учета мертвой зоны, которая обычно бывает при нулевом напряжении) равна
| NBAω sin ωt |,
как нарисовано.

Генератор

Если нам нужен AC, нам не нужно исправление, поэтому нам не нужны разрезные кольца. (Этот
это хорошая новость, потому что разрезные кольца вызывают искры, озон, радиопомехи и дополнительный износ. Если хочешь
Постоянного тока, часто лучше использовать генератор переменного тока и выпрямлять диоды.)

В следующей анимации две кисти соприкасаются с двумя непрерывными кольцами, поэтому
две внешние клеммы всегда подключены к одним и тем же концам катушки.Результатом является не исправленная синусоидальная ЭДС, заданная NBAω sin ωt,
который показан на следующей анимации.

Это генератор переменного тока. Преимущества переменного и постоянного тока
генераторы сравниваются в разделе ниже. Выше мы видели, что двигатель постоянного тока
также является генератором постоянного тока. Аналогичным образом, генератор переменного тока также является двигателем переменного тока. Тем не мение,
он довольно негибкий. (Смотри как
настоящие электродвигатели работают для более подробной информации.)

Задний ЭДС

Теперь, как показывают первые две анимации, двигатели и генераторы постоянного тока могут быть
то же самое.Например, двигатели поездов становятся генераторами, когда поезд
замедляется: они преобразуют кинетическую энергию в электрическую и
мощность обратно в сеть. В последнее время несколько производителей начали выпуск автомобилей.
рационально. В таких автомобилях электродвигатели, используемые для привода автомобиля, также
используется для зарядки аккумуляторов при остановке автомобиля — это называется регенеративным
торможение.

Итак, вот интересное следствие. Каждый двигатель — это генератор . Это
правда, в некотором смысле, даже когда он действует как двигатель.ЭДС, что мотор
генерирует называется обратной ЭДС . Обратная ЭДС увеличивается с увеличением
скорость из-за закона Фарадея. Итак, если на двигатель нет нагрузки, он очень сильно крутится.
быстро и разгоняется до появления обратной ЭДС плюс падение напряжения из-за потерь,
равно напряжению питания. Обратную ЭДС можно рассматривать как «регулятор»:
он останавливает бесконечно быстро вращающийся двигатель (что избавляет физиков от некоторых затруднений). Когда двигатель загружен, то
фаза напряжения становится ближе к фазе тока (начинает
выглядят резистивными), и это кажущееся сопротивление дает напряжение. Итак, спина
Требуемая ЭДС меньше, и двигатель вращается медленнее. (Чтобы добавить обратно
ЭДС, которая является индуктивной, к резистивной составляющей необходимо добавить напряжения
которые не в фазе. См. AC
схем.)

Катушки обычно имеют сердечники

На практике (и в отличие от схем, которые мы нарисовали) генераторы и постоянный ток
двигатели часто имеют сердечник с высокой проницаемостью внутри катушки, так что большие
магнитные поля создаются умеренными токами. Это показано слева в
на рисунке ниже показаны статоры (статические магниты)
постоянные магниты.

Моторы универсальные

Магниты статора тоже могут быть выполнены в виде электромагнитов, как показано выше.
справа. Два статора намотаны в одном направлении, чтобы
поле в том же направлении, а ротор имеет поле, которое дважды меняет направление
за цикл, потому что он подключен к щеткам, которые здесь не указаны. Один
Преимущество наличия статоров в двигателе состоит в том, что можно сделать двигатель
который работает от переменного или постоянного тока, так называемый универсальный двигатель . Когда вы едете
у такого мотора с переменным током ток в катушке меняется дважды за каждый цикл
(помимо изменений со щеток), а вот полярность статоров
изменяется одновременно, поэтому эти изменения отменяются. (К сожалению, кисти еще остались, хотя я спрятал их в этом эскизе.) Для преимуществ и
недостатки постоянного магнита по сравнению со статорами с обмоткой см. ниже.
Также смотрите больше
на универсальных моторах.

Построить простой мотор

Чтобы построить этот простой, но странный мотор, вам понадобятся два довольно сильных магнита.
(подойдут редкоземельные магниты диаметром около 10 мм,
магниты), жесткий медный провод (не менее 50 см), два провода с крокодиловой
зажимы на обоих концах, фонарь на шесть вольт, две банки для безалкогольных напитков, два блока
дерева, липкой ленты и острого гвоздя.

Сделайте катушку из жесткой медной проволоки, чтобы не нуждаться во внешних
поддерживать. Намотайте от 5 до 20 витков по кругу диаметром около 20 мм и
два конца радиально направлены наружу в противоположных направлениях. Эти цели будут
быть одновременно осью и контактами. Если провод имеет лаковую или пластиковую изоляцию,
снимите его с концов.

Опоры оси могут быть выполнены из алюминия, поэтому
что они создают электрический контакт. Например, проткнуть безалкогольный напиток
банки с гвоздем, как показано.Расположите два магнита с севера на юг,
так что магнитное поле проходит через катушку под прямым углом к
оси. Закрепите или приклейте магниты к деревянным блокам (не показаны
на схеме), чтобы они оставались на нужной высоте, затем переместите блоки
поставить их на место, достаточно близко к катушке. Сначала поверните катушку
так что магнитный поток через катушку равен нулю, как показано на схеме.

Теперь возьмем аккумулятор и два провода с зажимами типа «крокодил».Соединять
два вывода аккумулятора к двум металлическим опорам для
катушка и она должна повернуться.

Обратите внимание, что у этого двигателя есть по крайней мере одна «мертвая зона»: он часто останавливается.
в положении, когда на катушке отсутствует крутящий момент. Не уходи
он горит слишком долго: он быстро разряжает аккумулятор.

Оптимальное количество витков в катушке зависит от внутреннего
сопротивление АКБ, качество опорных контактов и
тип провода, поэтому вам следует поэкспериментировать с разными значениями.

Как уже говорилось выше, это тоже генератор, но очень
неэффективный. Чтобы увеличить ЭДС, используйте больше витков (может потребоваться
использовать более тонкую проволоку и рамку для намотки.) Вы можете использовать
например, электродрель, чтобы быстро повернуть ее, как показано на рисунке выше.
Используйте осциллограф, чтобы посмотреть на генерируемую ЭДС. Это переменный или постоянный ток?

У этого двигателя нет разрезного кольца, почему
он работает на DC? Проще говоря, если бы он был точно симметричным, это не сработало бы. Однако, если ток в одном полупериоде немного меньше, чем в другом, то средний крутящий момент не будет равен нулю, и, поскольку он вращается достаточно быстро, угловой момент, приобретенный в течение полупериода с большим током, переносит его через полупериод, когда крутящий момент находится в противоположном направлении. По крайней мере, два эффекта могут вызвать асимметрию. Даже если провода полностью зачищены и чистые, контактное сопротивление вряд ли будет точно таким же, даже в состоянии покоя. Кроме того, само вращение приводит к прерыванию контакта, поэтому, если во время одной фазы есть более длительные отскоки, этой асимметрии будет достаточно.В принципе, вы можете частично зачистить провода таким образом, чтобы ток был равен нулю за один полупериод.

Альтернативная версия простого двигателя Джеймса
Тейлор.

Еще более простой двигатель (который также намного проще понять!) — это униполярный двигатель.

Двигатели переменного тока

С помощью переменного тока мы можем изменить направление поля без использования щеток.Это хорошая новость, потому что мы можем избежать дуги, образования озона и
омическая потеря энергии, которую могут вызвать щетки. Далее, поскольку кисти
контактируют между движущимися поверхностями, они изнашиваются.

Первое, что нужно сделать в двигателе переменного тока, — это создать вращающееся поле. ‘Обычный’
Переменный ток от 2-х или 3-х контактной розетки — это однофазный переменный ток — он имеет одну синусоидальную
разность потенциалов создается только между двумя проводами — активным и нейтральным.
(Обратите внимание, что заземляющий провод не пропускает ток, за исключением
электрические неисправности.) При однофазном переменном токе можно создать вращающееся поле.
за счет генерации двух противофазных токов с помощью, например, конденсатора.
В показанном примере два тока сдвинуты по фазе на 90 °, поэтому вертикальный
составляющая магнитного поля синусоидальная, а горизонтальная косусоидальная,
как показано. Это дает поле, вращающееся против часовой стрелки.

(* Меня попросили объяснить это: из простого AC
Теоретически, ни катушки, ни конденсаторы не имеют напряжения в фазе с
электрический ток.В конденсаторе напряжение максимально, когда заряд
закончил течь на конденсатор и вот-вот начнет стекать.
Таким образом, напряжение отстает от тока. В чисто индуктивной катушке
падение напряжения является самым большим, когда ток изменяется наиболее быстро, что
также когда ток равен нулю. Напряжение (падение) опережает ток.
В моторных катушках фазовый угол меньше 90, потому что электрические
энергия преобразуется в механическую энергию.)

На этой анимации графики показывают изменение токов во времени.
в вертикальной и горизонтальной катушках. График компонент поля B x и
B y показывает, что векторная сумма этих двух полей является вращающейся
поле. Основное изображение показывает вращающееся поле. Он также показывает полярность
магнитов: как указано выше, синий представляет северный полюс, а красный — южный полюс.

Если мы поместим постоянный магнит в эту область вращающегося поля, или если мы положим
в катушке, ток которой всегда течет в одном направлении, тогда это становится
синхронный двигатель .В широком диапазоне условий двигатель будет
повернуть со скоростью магнитного поля. Если у нас будет много статоров, вместо этого
всего двух пар, показанных здесь, то мы могли бы рассматривать его как шаговый
двигатель: каждый импульс перемещает ротор на следующую пару задействованных полюсов.
Пожалуйста, помните мое предупреждение об идеализированной геометрии: настоящие шаговые двигатели
десятки полюсов и довольно сложные геометрические формы!

Асинхронные двигатели

Теперь, поскольку у нас есть изменяющееся во времени магнитное поле, мы можем использовать наведенную ЭДС
в катушке — или даже просто вихревые токи в проводнике — чтобы ротор
магнит. Правильно, если у вас есть вращающееся магнитное поле, вы можете просто
вставил проводник и получается. Это дает несколько преимуществ
асинхронные двигатели
: отсутствие щеток или коммутатора означает более простое производство, нет
износ, отсутствие искр, отсутствие образования озона и отсутствие связанных с этим потерь энергии
с ними. Внизу слева схематическое изображение асинхронного двигателя. (Для фотографий
настоящие асинхронные двигатели и подробнее см. Индукция.
двигатели.)

Анимация справа представляет двигатель с короткозамкнутым ротором .Белка
клетка имеет (во всяком случае, в этой упрощенной геометрии!) два круглых проводника, соединенных
несколькими прямыми стержнями. Любые два стержня и соединяющие их дуги образуют
катушка — на что указывают синие черточки в анимации. (Только два из
для простоты показано много возможных схем.)

На этой схеме показано, почему их можно назвать двигателями с короткозамкнутым ротором.
Реальность иная: фотографии и подробности см. В разделе «Индукция».
моторы. Проблема с показанными асинхронными двигателями и двигателями с короткозамкнутым ротором
в этой анимации показано, что конденсаторы высокой стоимости и высокого напряжения
дорогие.Одно из решений — двигатель с экранированным полюсом, но его вращающийся
поле имеет некоторые направления, в которых крутящий момент небольшой, и имеет тенденцию
бежать назад при некоторых условиях. Самый простой способ избежать этого —
использовать многофазные двигатели.

Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока

Однофазный используется в домашних условиях для приложений с низким энергопотреблением, но
у него есть недостатки. Во-первых, он выключается 100 раз в секунду (вы не
обратите внимание, что флуоресцентные лампы мигают с такой скоростью, потому что ваши глаза
слишком медленные: даже 25 изображений в секунду на экране телевизора достаточно, чтобы дать
иллюзия непрерывного движения. ) Во-вторых, это делает его неловким
для создания вращающихся магнитных полей. По этой причине некоторые высокие мощности (несколько
кВт) для бытовых устройств может потребоваться трехфазная установка. Промышленное применение
широко использовать трехфазный двигатель, трехфазный асинхронный двигатель является стандартным
рабочая лошадка для приложений большой мощности. Три провода (не считая земли)
несут три возможных разности потенциалов, которые не совпадают по фазе с каждым
другое на 120 °, как показано на анимации ниже. Таким образом, три статора плавно
вращающееся поле.(Видеть это
ссылку для получения дополнительной информации о трехфазном питании.)

Если поместить постоянный магнит в такой набор статоров, он станет синхронным.
трехфазный двигатель
. На анимации изображена беличья клетка, в которой
простота показана только одна из многих петель наведенного тока. Без
механической нагрузки, он вращается практически синхронно с вращающимся полем.
Ротор не обязательно должен быть беличьей клеткой: фактически любой проводник, который будет
переносящие вихревые токи будут вращаться, стремясь следовать за вращающимся полем.Такая компоновка может дать асинхронный двигатель , обладающий высоким КПД,
высокая мощность и высокие крутящие моменты в диапазоне скоростей вращения.

Линейные двигатели

Набор катушек можно использовать для создания магнитного поля, которое переводит, скорее,
чем вращается. На паре катушек на анимации ниже подается импульс от
слева направо, поэтому область магнитного поля перемещается слева направо. А
постоянный или электромагнит будет стремиться следовать за полем. Так что простой
плита из проводящего материала, потому что наведенные в ней вихревые токи (не показаны)
содержат электромагнит.В качестве альтернативы мы могли бы сказать, что из Фарадея
закон, ЭДС в металлической плите всегда индуцируется, чтобы противодействовать любому изменению
в магнитном потоке, а силы на токах, вызванные этой ЭДС, сохраняют
поток в плите почти постоянный. (Вихревые токи на этой анимации не показаны.)

В качестве альтернативы мы могли бы иметь комплекты катушек с питанием в подвижной части,
и наводить вихревые токи в рельсе. В любом случае получается линейный двигатель,
что было бы полезно, скажем, для поездов на магнитной подвеске.(В анимации геометрия
как обычно на этом сайте, в высшей степени идеализирован, и только один вихревой ток
показано.)

Некоторые примечания к двигателям переменного и постоянного тока для приложений большой мощности

    Этот сайт изначально был написан в помощь старшеклассникам.
    и учителя в Новом Южном Уэльсе, Австралия, где в новой программе
    по истории и приложениям физики за счет самой физики,
    был введен. В новой программе в одной из точек есть следующее:
    озадачивающее требование: «объясните, что двигатели переменного тока обычно вырабатывают малую мощность и
    связывают это с их использованием в электроинструментах «.

Двигатели переменного тока используются для приложений с большой мощностью, когда это возможно. Три
фазные асинхронные двигатели переменного тока широко используются для приложений большой мощности, в том числе
тяжелая индустрия. Однако такие двигатели непригодны, если многофазность недоступна,
или трудно доставить. Электропоезда тому пример: строить проще
линии электропередач и пантографы, если нужен только один активный проводник, так что это
обычно имеет постоянный ток, и многие двигатели поездов работают от постоянного тока. Однако из-за недостатков
постоянного тока для высокой мощности, более современные поезда преобразуют постоянный ток в переменный, а затем бегут
трехфазные двигатели.

Однофазные асинхронные двигатели имеют проблемы при объединении приложений
высокая мощность и гибкие условия нагрузки. Проблема заключается в создании
вращающееся поле. Конденсатор может использоваться для подачи тока в один набор
катушки впереди, но дорогие высоковольтные конденсаторы стоят дорого. Затененный
Вместо них используются полюса, но под некоторыми углами крутящий момент невелик. Если нельзя
создают плавно вращающееся поле, и если груз «проскальзывает» далеко за
поле, то крутящий момент падает или даже меняется на противоположное.

В электроинструментах и ​​некоторых приборах используются щеточные электродвигатели переменного тока. Кисти представляют
потери (плюс образование дуги и озона). Обратная полярность статора
100 раз в секунду. Даже если материал сердечника выбран так, чтобы минимизировать гистерезис
потерь («потери в железе»), это способствует неэффективности и возможности
перегрева. Эти моторы можно назвать универсальными.
двигатели, потому что они могут работать от постоянного тока. Это дешевое, но грубое решение.
и неэффективно. Для приложений с относительно низким энергопотреблением, таких как электроинструменты,
неэффективность обычно экономически не важна.

Если доступен только однофазный переменный ток, можно исправить переменный ток и использовать
Двигатель постоянного тока. Раньше сильноточные выпрямители были дорогими, но сейчас
менее дорогой и более широко используемый. Если вы уверены, что понимаете
принципы, пора перейти к Как
настоящие электродвигатели работают Джона Стори. Или продолжайте здесь, чтобы найти
о громкоговорителях и трансформаторах.


Громкоговорители

Громкоговоритель — это линейный двигатель с небольшим диапазоном.Имеет одиночный ход
катушка, которая постоянно, но гибко подключена к источнику напряжения, поэтому
нет кистей.

The
катушка движется в поле постоянного магнита, который обычно имеет форму
для создания максимального усилия на катушке. Подвижная катушка не имеет сердечника, поэтому
его масса невелика, и он может быстро ускоряться, что позволяет
частота движения. В громкоговорителе катушка прикреплена к легкому весу.
бумажный конус, который поддерживается с внутренней и внешней стороны круглыми,
плиссированные бумажные «пружины». На фотографии ниже динамик выходит за рамки
нормальный верхний предел его перемещения, поэтому катушка видна над
полюса магнита.

Для низкочастотного звука с большой длиной волны необходимы большие диффузоры.
Диаметр показанного ниже динамика составляет 380 мм. Колонки, предназначенные для
низкие частоты называются вуферами. Они имеют большую массу и
поэтому трудно быстро разогнаться для высокочастотных звуков.
На фотографии ниже часть вырезана, чтобы показать
внутренние компоненты.

Твитеры — громкоговорители, предназначенные для высоких частот — может быть просто
динамики аналогичной конструкции, но с небольшими диффузорами и катушками малой массы.
В качестве альтернативы они могут использовать пьезоэлектрические кристаллы для перемещения конуса.

Громкоговорители представляют собой линейные двигатели со скромным диапазоном — возможно, десятки
мм. Подобные линейные двигатели, хотя, конечно, без бумажного конуса, часто
используется для радиального перемещения головки чтения и записи на дисководе.

Громкоговорители как микрофоны

На картинке выше вы можете видеть, что картонная диафрагма (конус динамика) соединена с катушкой провода в магнитном поле. Если звуковая волна перемещает диафрагму, катушка будет двигаться в поле, создавая напряжение. Это принцип динамического микрофона — хотя в большинстве микрофонов диафрагма намного меньше конуса громкоговорителя. Итак, динамик должен работать как микрофон. Это хороший проект: все, что вам нужно, это громкоговоритель и два провода для подключения его ко входу осциллографа или микрофонному входу вашего компьютера.Два вопроса: как вы думаете, что масса диффузора и катушки повлияет на частотную характеристику? Как насчет длины волны звуков, которые вы используете?


Предупреждение: настоящие двигатели сложнее

Эскизы двигателей были схемами, чтобы показать принципы.
Пожалуйста, не сердитесь, если, когда вы разбираете мотор, он выглядит больше
сложно! (Смотри как
настоящие электродвигатели работают.) Например, типичный двигатель постоянного тока
вероятно, будет иметь много отдельно намотанных катушек для обеспечения более плавного крутящего момента:
всегда есть одна катушка, для которой синусоидальный член близок к единице.Это показано ниже для двигателя с обмотанными статорами (вверху) и
постоянные статоры (внизу).


Трансформаторы

На фотографии изображен трансформатор, предназначенный для демонстрационных целей:
первичная и вторичная катушки четко разделены и могут быть удалены
и заменен поднятием верхней части сердечника. Для наших целей отметим
что катушка слева имеет меньше витков, чем справа (вставки
показать крупные планы).

На эскизе и схеме показан повышающий трансформатор. Чтобы сделать понижающий трансформатор,
достаточно разместить источник справа, а нагрузку — слева. ( Важно
Примечание по безопасности
: для настоящего трансформатора вы можете только «подключить его задом наперед»
только после проверки соответствия номинального напряжения.) Итак, как
трансформатор работает?

Сердечник (заштрихованный) имеет высокую магнитную проницаемость, т.е. материал, из которого
магнитное поле намного легче, чем свободное пространство, из-за ориентации
атомных диполей.(На фотографии сердечник сделан из ламинированного мягкого железа.)
В результате поле сосредоточено внутри ядра, и почти
силовые линии не выходят из ядра. Если следует, что магнитные потоки φ через
первичный и вторичный примерно равны, как показано. Из Фарадея
По закону ЭДС на каждом витке, будь то первичная или вторичная обмотка, равна -dφ / dt.
Если пренебречь сопротивлением и другими потерями в трансформаторе, вывод
напряжение равно ЭДС. Для N p витков первичной обмотки, это
дает

Для N s витков вторичной обмотки, это дает

Разделение этих уравнений дает уравнение трансформатора

где r — коэффициент поворотов. А что с током? Если пренебречь потерями в
трансформатор (см. ниже раздел об эффективности), и если мы предположим, что
напряжение и ток имеют одинаковое фазовое соотношение в первичной и
вторичный, то из сохранения энергии мы можем записать в устойчивом состоянии:

    Power in = power out, поэтому

    V p I p = V s I s , откуда

    I s / I p = N p / N s = 1 / r.

Так что даром ничего не получишь: если увеличишь напряжение, то уменьшишься.
ток (по крайней мере) в тот же коэффициент. Обратите внимание, что на фотографии
катушка с большим количеством витков имеет более тонкий провод, потому что она предназначена для меньшего
ток, чем тот, с меньшим количеством витков

В некоторых случаях целью упражнения является уменьшение силы тока. В силе
линий передачи, например, потери мощности при нагревании проводов из-за
их ненулевое сопротивление пропорционально квадрату тока. Таким образом, передача электроэнергии от электростанции экономит много энергии.
в город при очень высоких напряжениях, так что токи невелики.

Наконец, и снова предполагая, что трансформатор идеален, давайте спросим, ​​что
резистор во вторичной цепи «похож» на первичную цепь.
В первичном контуре:

    V p = V s / r и I p =
    Я s .r так

    V p / I p = V s / r 2 I s =
    Р / р 2 .

R / r 2 называется отраженным сопротивлением . При условии, что
частота не слишком велика и при наличии сопротивления нагрузки (условия
обычно встречается в практических трансформаторах), индуктивное сопротивление первичной
намного меньше, чем это отраженное сопротивление, поэтому первичная цепь ведет себя
как если бы источник управлял резистором номиналом R / r 2 .

КПД трансформаторов

На практике реальные трансформаторы имеют КПД менее 100%.

  • Во-первых, это резистивные потери в катушках (потеря мощности I 2 .r).
    Для данного материала сопротивление катушек можно уменьшить, сделав
    их сечение большое. Удельное сопротивление также можно сделать низким, используя
    медь высокой чистоты. (См. Дрейф
    скорости и закон Ома.)
  • Во-вторых, в сердечнике наблюдаются потери на вихревые токи. Это может быть
    уменьшается за счет ламинирования сердечника. Ламинирование уменьшает площадь цепей
    в ядре, и таким образом уменьшите ЭДС Фарадея, и, таким образом, текущий текущий
    в ядре, и таким образом теряется энергия.
  • В-третьих, в сердечнике есть гистерезисные потери. Магентизация и
    кривые размагничивания для магнитных материалов часто немного отличаются
    (гистерезис или зависимость от истории), и это означает, что требуемая энергия
    намагничивать сердечник (при увеличении тока) не совсем
    восстанавливается при размагничивании. Разница в энергии теряется в виде тепла
    в основном.
  • Наконец, геометрический дизайн, а также материал сердечника могут
    быть оптимизированным для обеспечения того, чтобы магнитный поток в каждой катушке вторичной
    почти такой же, как и в каждой катушке первичной обмотки.
Подробнее о трансформаторах: генераторы переменного и постоянного тока

Трансформаторы работают только от переменного тока, что является одним из больших преимуществ переменного тока. Трансформеры
позволяют понижать 240 В до уровня, удобного для цифровой электроники
(всего несколько вольт) или для других приложений с низким энергопотреблением (обычно 12 В). Трансформеры
повышайте напряжение для передачи, как упомянуто выше, и понижайте для безопасности
распределение. Без трансформаторов потери электроэнергии при распределении
сети, и без того высокие, были бы огромными.Возможно преобразование напряжения
в DC, но сложнее, чем в AC. Кроме того, такие преобразования часто
неэффективно и / или дорого. Дополнительным преимуществом переменного тока является то, что его можно использовать
на двигателях переменного тока, которые обычно предпочтительнее двигателей постоянного тока для приложений большой мощности.


Другие ресурсы от нас

Некоторые внешние ссылки на веб-ресурсы по двигателям и генераторам

  • Гиперфизика:
    Электромоторы с сайта HyperPhysics в штате Джорджия. Отлично
    сайт
    в целом, и моторный отсек для этого идеально подходит. Хороший
    использование веб-графики. Производит двигатели постоянного, переменного тока и асинхронные двигатели и имеет обширный
    ссылки
  • Громкоговорители ..
    Еще больше хороших материалов от Государственной Гиперфизики Джорджии. Хорошая графика, хорошие объяснения
    и ссылки. Этот громкоговоритель
    сайт также включает в себя вложения.
  • http://members.tripod.com/simplemotor/rsmotor.htm A
    сайт, описывающий двигатель, построенный студентами.Ссылки на другие двигатели, построенные
    тот же студент и ссылки также на сайты о моторах.
  • http://www.specamotor.com A
    сайт, который сортирует двигатели различных производителей в соответствии со спецификациями, введенными пользователем.

В чем разница между постоянными магнитами
и наличие электромагнитов в двигателе постоянного тока? Это делает его более эффективным или
более могущественный? Или просто дешевле?

Когда я получил этот вопрос на Высшем
Доска объявлений школьной физики, я отправил ее Джону
Стори, выдающийся астроном и строитель
электромобилей.Вот его ответ:

В общем, для небольшого двигателя гораздо дешевле использовать постоянные магниты.
Материалы для постоянных магнитов продолжают совершенствоваться и стали настолько недорогими
что даже правительство иногда присылает вам бессмысленные магниты на холодильник
через почту. Постоянные магниты также более эффективны, потому что нет энергии
тратится на создание магнитного поля. Так зачем вообще использовать раневое поле
Двигатель постоянного тока? Вот несколько причин:

  • Если вы строите действительно большой двигатель, вам понадобится очень большой магнит и
    в какой-то момент раневое поле может подешеветь, особенно если очень
    Для создания большого крутящего момента необходимо сильное магнитное поле. Имейте это в виду
    если вы проектируете поезд. По этой причине у большинства автомобилей есть стартеры.
    которые используют поле раны (хотя некоторые современные автомобили теперь используют постоянные
    магнитные двигатели).
  • У постоянного магнита магнитное поле имеет фиксированное значение (то есть
    что означает «постоянный»!) Напомним, что крутящий момент, создаваемый двигателем
    заданная геометрия равна произведению тока через якорь
    и напряженность магнитного поля. С двигателем с возбужденным полем у вас есть
    возможность изменения тока через поле и, следовательно, изменения
    моторные характеристики.Это открывает ряд интересных возможностей;
    Вы ставите обмотку возбуждения последовательно с якорем, параллельно,
    или кормить из отдельно контролируемого источника? Пока есть достаточно
    крутящий момент для преодоления нагрузки на двигатель, внутреннего трения и т. д.,
    чем слабее магнитное поле, тем * быстрее * двигатель будет вращаться (при фиксированной
    Напряжение). Сначала это может показаться странным, но это правда! Итак, если вы хотите
    двигатель, который может создавать большой крутящий момент в состоянии покоя, но при этом сильно вращаться
    скорости при низкой нагрузке (как дела с конструкцией поезда?)
    раневое поле — вот ответ.
  • Если вы хотите иметь возможность запускать двигатель как от переменного, так и от постоянного тока (так называемый «универсальный» двигатель),
    магнитное поле должно менять полярность каждые полупериод
    Мощность переменного тока, чтобы крутящий момент на роторе всегда был в одном направлении.
    Очевидно, что для достижения этой цели вам понадобится мотор с возбужденным полем.

Мнения, выраженные в этих заметках, принадлежат мне и не обязательно отражают
политика Университета Нового Южного Уэльса или Школы физики.В
анимации сделал Джордж
Hatsidimitris.

Джо
Вулф / [email protected]/ 61-2-9385
4954 (UT + 10, +11 окт-март)

Электродвигатели и генераторы: как они работают?

Электродвигатели и электрогенераторы широко используются в повседневной жизни и являются важным компонентом практически каждой отрасли. В DTR services мы предоставляем электродвигатели и электрогенераторы в Летбридже, которые поддерживают бизнес. Электродвигатель и электрический генератор имеют одинаковую базовую структуру и функционируют в соответствии с одним и тем же основным механизмом.Оба также преобразуют один вид энергии в другой. Различия заключаются в том, как работают и работают электродвигатели и генераторы, и, следовательно, в том, каково их применение. Давайте посмотрим, как работают эти две машины.

Как работает электродвигатель?

Электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую. Затем эту механическую энергию можно использовать для питания всего, от тяжелого промышленного оборудования до повседневных инструментов и приборов, таких как фены.Электродвигатели в Летбридже используют электричество в качестве входа и создают движение на выходе. Движение является результатом электромагнитной индукции, вызванной магнитами внутри двигателя.

Электродвигатель состоит из двух основных частей. Ротор состоит из витых проволок. Ротор расположен в середине компонента, известного как статор, который покрыт магнитами или обмотками катушки. Между ними есть небольшой воздушный зазор. Когда к двигателю подается электрический ток, магниты или обмотки создают магнитное поле, которое притягивает и отталкивает ротор, заставляя его вращаться.Вращающееся движение ротора приводит в движение вал, на котором он установлен, который, в свою очередь, может передавать механическую энергию везде, где это необходимо.

Как работает электрический генератор?

Электрогенератор — полная противоположность электродвигателю. Вместо того, чтобы использовать электричество для создания движения, электрические генераторы в Летбридже преобразуют механическую энергию в электрическую. Передача энергии начинается с механического вращения вала и ротора. Когда ротор вращается внутри статора, он генерирует ток.Затем ток можно использовать для подачи электричества во внешнюю цепь. Генераторы могут обеспечивать резервное питание зданий или использоваться для непосредственного запуска инструментов и устройств.

Как и электродвигатели, электрические генераторы имеют множество применений. Они являются хорошим источником резервного питания для жилых, коммерческих и промышленных предприятий. Они также широко используются на строительных площадках.

Электродвигатели и генераторы в Летбридже для питания вашего бизнеса

Если вы ищете продажу и установку качественных электродвигателей и электрогенераторов, тогда вам не нужно искать дальше, чем услуги DTR.У нас есть проверенные и популярные бренды, на которые владельцы бизнеса знают, что могут положиться, и мы делаем это уже более 20 лет. Вы также можете положиться на нас в вопросах запчастей, обслуживания и ремонта электрогенераторов и электродвигателей в Летбридже. Фактически, мы предоставляем круглосуточную службу экстренной помощи для вашего спокойствия.

По всем вопросам, от установки электрогенератора до ремонта электродвигателя в Летбридже, не стесняйтесь обращаться в DTR Services сегодня.

20.3 Двигатели, генераторы и трансформаторы

Электродвигатели, генераторы и трансформаторы

Как мы узнали ранее, на провод с током в магнитном поле действует сила — вспомните, F = IℓBsinθF = IℓBsinθ. Электродвигатели, которые преобразуют электрическую энергию в механическую, являются наиболее распространенным приложением магнитной силы к токоведущим проводам. Двигатели состоят из витков проволоки в магнитном поле. Когда ток проходит через петли, магнитное поле оказывает на петли крутящий момент, который вращает вал. При этом электрическая энергия преобразуется в механическую работу. На рисунке 20.33 показан схематический чертеж электродвигателя.

Рисунок 20.33 Крутящий момент в токовой петле.Вертикальная петля из проволоки в горизонтальном магнитном поле прикреплена к вертикальному валу. Когда ток проходит через проволочную петлю, на нее действует крутящий момент, заставляя ее вращать вал.

Давайте исследуем силу, действующую на каждый сегмент контура на рисунке 20.33, чтобы найти крутящие моменты, возникающие вокруг оси вертикального вала — это приведет к полезному уравнению для крутящего момента на контуре. Считаем, что магнитное поле однородно по прямоугольной петле, которая имеет ширину w и высоту, ℓ, как показано на рисунке. Сначала рассмотрим силу, действующую на верхний сегмент петли. Чтобы определить направление силы, мы используем правило правой руки. Ток идет на страницу слева направо, а магнитное поле идет слева направо в плоскости страницы. Согните пальцы правой руки от вектора тока к вектору магнитного поля, а большой палец правой руки направлен вниз. Таким образом, сила на верхнем сегменте направлена ​​вниз, что не создает крутящего момента на валу. Повторение этого анализа для нижнего сегмента — пренебрегая небольшим зазором, в котором выходят подводящие провода — показывает, что сила на нижнем сегменте направлена ​​вверх, снова не создавая крутящего момента на валу.

Теперь рассмотрим левый вертикальный сегмент петли. Снова используя правило правой руки, мы обнаруживаем, что сила, действующая на этот сегмент, перпендикулярна магнитному полю, как показано на рисунке 20.33. Эта сила создает крутящий момент на валу. Повторение этого анализа на правом вертикальном сегменте петли показывает, что сила на этом сегменте направлена ​​в направлении, противоположном направлению силы на левом сегменте, тем самым создавая равный крутящий момент на валу. Таким образом, общий крутящий момент на валу вдвое превышает крутящий момент на одном из вертикальных сегментов петли.

Чтобы определить величину крутящего момента при вращении проволочной петли, рассмотрите рисунок 20.34, на котором показан вид проволочной петли сверху. Напомним, что крутящий момент определяется как τ = rFsinθ, τ = rFsinθ, где F — приложенная сила, r — расстояние от оси до места приложения силы, а θ — угол между r . и F . Обратите внимание, что при вращении петли ток в вертикальных сегментах петли всегда перпендикулярен магнитному полю.Таким образом, уравнение F = IℓBsinθF = IℓBsinθ дает величину силы на каждом вертикальном сегменте как F = IℓB.F = IℓB. Расстояние х от вала до места приложения этой силы составляет х /2, поэтому крутящий момент, создаваемый этой силой, равен

.
20. 27τsegment = rFsinθ = w / 2IℓBsinθ = (w / 2) IℓBsinθ.τsegment = rFsinθ = w / 2IℓBsinθ = (w / 2) IℓBsinθ.

Поскольку имеется два вертикальных сегмента, общий крутящий момент в два раза больше, или

20.28τ = wIℓBsinθ.τ = wIℓBsinθ.

Если у нас есть многократный контур с Н витков, мы получаем Н, раз превышающие крутящий момент одиночного контура.Используя тот факт, что площадь петли равна A = wℓ; A = wℓ; выражение для крутящего момента становится

20.29τ = NIABsinθ.τ = NIABsinθ.

Это крутящий момент на токоведущей петле в однородном магнитном поле. Можно показать, что это уравнение справедливо для петли любой формы.

Рисунок 20.34. Вид сверху на проволочную петлю из рисунка 20.33. Магнитное поле создает силу F на каждом вертикальном сегменте проволочной петли, которая создает крутящий момент на валу. Обратите внимание, что токи Iin, IoutIin и Iout имеют одинаковую величину, потому что они оба представляют ток, протекающий в проводной петле, но IinIin течет на страницу, а IoutIout вытекает из страницы.

Из уравнения τ = NIABsinθ, τ = NIABsinθ, мы видим, что крутящий момент равен нулю, когда θ = 0.θ = 0. При вращении проволочной петли крутящий момент увеличивается до максимального положительного крутящего момента wℓBwℓB, когда θ = 90 ° .θ = 90 °. Затем крутящий момент уменьшается обратно до нуля, когда проволочная петля поворачивается на θ = 180 ° .θ = 180 °. От θ = 180 ° θ = 180 ° до θ = 360 °, θ = 360 °, крутящий момент отрицательный. Таким образом, крутящий момент меняет знак каждые пол-оборота, поэтому проволочная петля будет колебаться взад и вперед.

Чтобы катушка продолжала вращаться в том же направлении, ток меняется на противоположный, когда катушка проходит через θ = 0 и θ = 180 ° θ = 0 и θ = 180 ° с использованием автоматических переключателей, называемых щетками , как показано на рисунке 20 .35.

Рисунок 20.35 (a) Поскольку угловой момент катушки передает ее через θ = 0, θ = 0, щетки меняют направление тока, и крутящий момент остается по часовой стрелке. (b) Катушка непрерывно вращается по часовой стрелке, при этом ток меняет направление на каждую половину оборота, чтобы поддерживать вращающий момент по часовой стрелке.

А теперь подумайте, что произойдет, если запустить двигатель в обратном направлении; то есть мы прикрепляем ручку к валу и механически заставляем катушку вращаться в магнитном поле, как показано на рисунке 20.36. Согласно уравнению F = qvBsinθF = qvBsinθ, где θθ — угол между векторами v → v → и B → -chargesB → — заряды в проводах петли испытывают магнитную силу, потому что они движутся в магнитном поле. . Снова используя правило правой руки, когда мы сгибаем пальцы от вектора v → v → к вектору B → B →, мы обнаруживаем, что заряды в верхнем и нижнем сегментах ощущают силу, перпендикулярную проводу, которая не вызывает тока. . Однако заряды в вертикальных проводах испытывают силы, параллельные проводу, заставляя ток течь через провод и через внешнюю цепь, если она подключена.Такое устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую, называется генератором.

Рисунок 20.36 Когда эта катушка вращается на одну четверть оборота, магнитный поток Φ изменяется от максимального до нуля, вызывая ЭДС, которая пропускает ток через внешнюю цепь.

Поскольку ток индуцируется только в боковых проводах, мы можем определить наведенную ЭДС, рассматривая только эти провода. Как объясняется в разделе «Наведенный ток в проводе», ЭДС движения в прямом проводе, движущемся со скоростью v через магнитное поле B , равна E = Bℓv, E = Bℓv, где скорость перпендикулярна магнитному полю.В генераторе скорость составляет угол θθ с B (см. Рисунок 20.37), поэтому составляющая скорости, перпендикулярная к B , равна vsinθ.vsinθ. Таким образом, в этом случае ЭДС, наведенная на каждом вертикальном сегменте провода, равна E = Bℓvsinθ, E = Bℓvsinθ, и они направлены в одном направлении. Общая ЭДС вокруг контура тогда составляет

20. 30E = 2Bℓvsinθ.E = 2Bℓvsinθ.

Хотя это выражение действительно, оно не дает ЭДС как функцию времени. Чтобы узнать, как ЭДС изменяется во времени, предположим, что катушка вращается с постоянной угловой скоростью ω.ω. Угол θθ связан с угловой скоростью соотношением θ = ωt, θ = ωt, так что

20.31E = 2Bℓvsinωt.E = 2Bℓvsinωt.

Напомним, что тангенциальная скорость v связана с угловой скоростью ωω соотношением v = rω.v = rω. Здесь r = w / 2r = w / 2, так что v = (w / 2) ωv = (w / 2) ω и

20.32E = 2Bℓ (w2ω) sinωt = Bℓwωsinωt. E = 2Bℓ (w2ω) sinωt = Bℓwωsinωt.

Учитывая, что площадь петли A = ℓwA = ℓw, и учитывая N петель, мы находим, что

20.33E = NABωsinωtE = NABωsinωt

— ЭДС, индуцированная в катушке генератора из N витков и площади A , вращающейся с постоянной угловой скоростью ωω в однородном магнитном поле B . Это также можно выразить как

20.34E = E0sinωtE = E0sinωt

, где

— максимальная (пиковая) ЭДС.

Рис. 20.37. Мгновенная скорость вертикальных отрезков провода составляет угол θθ с магнитным полем. Скорость показана на рисунке зеленой стрелкой, и указан угол θθ.

На рис. 20.38 показан генератор, подключенный к лампочке, и график зависимости ЭДС от времени. Обратите внимание, что ЭДС колеблется от положительного максимума E0E0 до отрицательного максимума −E0.−E0. Между тем, ЭДС проходит через ноль, что означает, что в это время через лампочку протекает нулевой ток. Таким образом, лампочка на самом деле мигает с частотой 2 f , потому что за период происходит два перехода через ноль. Поскольку переменный ток, подобный этому, используется в домах по всему миру, почему мы не замечаем мерцания света? В Соединенных Штатах частота переменного тока составляет 60 Гц, поэтому свет мигает с частотой 120 Гц.Это быстрее, чем частота обновления человеческого глаза, поэтому вы не заметите мерцания огней. Кроме того, другие факторы препятствуют такому быстрому включению и выключению различных типов лампочек, поэтому светоотдача немного сглаживается .

Рис. 20.38 ЭДС генератора направляется на лампочку с показанной системой колец и щеток. На графике показана ЭДС генератора как функция времени. E0E0 — пиковая ЭДС. Период равен T = 1 / f = 2π / ω, T = 1 / f = 2π / ω, где f — частота, с которой катушка вращается в магнитном поле.

Виртуальная физика

Генератор

Используйте это моделирование, чтобы узнать, как работает электрический генератор. Управляйте подачей воды, которая заставляет водяное колесо вращать магнит. Это вызывает ЭДС в соседней катушке провода, которая используется для зажигания лампочки. Вы также можете заменить лампочку на вольтметр, который позволяет увидеть полярность напряжения, которая меняется с положительной на отрицательную.

Проверка захвата

Установите количество витков на три, силу стержневого магнита примерно на 50 процентов и площадь петли на 100 процентов. Обратите внимание на максимальное напряжение на вольтметре. Предполагая, что одно из основных делений на вольтметре составляет 5 В, какое максимальное напряжение при использовании только однопроводной петли вместо трехпроводной петли?

  1. 5 В
  2. 15 В
  3. 125 В
  4. 53 В

В реальной жизни электрические генераторы выглядят совсем иначе, чем на рисунках в этом разделе, но принципы те же. Источником механической энергии, вращающей змеевик, может быть падающая вода — гидроэнергия — пар, образующийся при сжигании ископаемого топлива, или кинетическая энергия ветра.На рис. 20.40 показан разрез паровой турбины; пар движется по лопастям, соединенным с валом, который вращает катушку внутри генератора.

Рисунок 20.40 Паротурбинный генератор. Пар, образующийся при сжигании угля, ударяется о лопатки турбины, вращая вал, соединенный с генератором. (Источник: Nabonaco, Wikimedia Commons)

Еще одно очень полезное и распространенное устройство, использующее магнитную индукцию, называется трансформатором. Трансформаторы делают то, что подразумевает их название — они преобразуют напряжение из одного значения в другое; термин напряжение используется, а не ЭДС, потому что трансформаторы имеют внутреннее сопротивление.Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и мелкие бытовые приборы имеют встроенный в подключаемый модуль трансформатор, который преобразует 120 или 240 В переменного тока в любое напряжение, используемое устройством. На рисунке 20.41 показаны два разных трансформатора. Обратите внимание на катушки проводов, которые видны на каждом устройстве. Назначение этих катушек поясняется ниже.

Рисунок 20.41 Слева — обычный трансформатор с многослойным сердечником, который широко используется в передаче электроэнергии и в электрических приборах.Справа — тороидальный трансформатор, который меньше трансформатора с многослойным сердечником при той же мощности, но более дорогой в изготовлении из-за оборудования, необходимого для наматывания проводов в форме пончика.

На рисунке 20.42 показан трансформатор с многослойной обмоткой, который основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на устройство Фарадея, которое использовалось для демонстрации того, что магнитные поля могут генерировать электрические токи. Две катушки с проволокой называются первичной и вторичной катушками.При нормальном использовании входное напряжение прикладывается к первичной катушке, а вторичная обмотка создает преобразованное выходное напряжение. Железный сердечник не только улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, но также его намагниченность увеличивает напряженность поля, что аналогично тому, как диэлектрик увеличивает напряженность электрического поля в конденсаторе. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток проходит через вторичную обмотку, вызывая выходное напряжение переменного тока.

Рисунок 20.42 Типичная конструкция простого трансформатора имеет две катушки, намотанные на ферромагнитный сердечник. Магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, в основном ограничивается и увеличивается сердечником, который передает его во вторичную катушку. Любое изменение тока в первичной катушке вызывает ток во вторичной катушке.

Ссылки на физику

Магнитная веревочная память

Чтобы отправить людей на Луну, программе Apollo нужно было спроектировать бортовую компьютерную систему, которая была бы прочной, потребляла мало энергии и была достаточно маленькой, чтобы поместиться на борту космического корабля.В 1960-х годах, когда была запущена программа Apollo, целые здания регулярно выделялись для размещения компьютеров, вычислительная мощность которых была бы легко превзойдена самыми простыми современными портативными калькуляторами.

Для решения этой проблемы инженеры Массачусетского технологического института и крупного оборонного подрядчика обратились к запоминающему устройству с магнитным тросом , которое являлось ответвлением аналогичной технологии, использовавшейся до того времени для создания запоминающего устройства с произвольным доступом. В отличие от памяти с произвольным доступом, память с магнитным тросом была постоянной памятью, которая содержала не только данные, но и инструкции.Таким образом, на самом деле это было больше, чем память: это была компьютерная программа, зашитая зашитой.

Компонентами магнитной веревочной памяти были проволока и железные кольца, которые назывались сердечниками . Железные сердечники служили трансформаторами, как показано на предыдущем рисунке. Однако вместо того, чтобы наматывать провода несколько раз вокруг сердечника, отдельные провода проходили через сердечники только один раз, создавая эти одновитковые трансформаторы. До 63 проводов word могут проходить через одну жилу вместе с одним проводом bit .Если словарный провод проходит через данный сердечник, импульс напряжения на этом проводе вызывает в разрядном проводе ЭДС, которая интерпретируется как , . Если бы провод слова не проходил через сердечник, на разрядном проводе не наведалась бы ЭДС, что было бы интерпретировано как ноль .

Инженеры будут создавать программы, которые будут жестко встраиваться в эти магнитные тросы. Процесс электромонтажа мог занять до месяца, поскольку рабочие кропотливо протягивали провода через одни жилы и вокруг других.Если были допущены какие-либо ошибки в программировании или подключении, отладка была бы чрезвычайно сложной, если не невозможной.

Эти модули хорошо справились со своей задачей. Им приписывают исправление ошибки астронавта в процедуре посадки на Луну, что позволило Аполлону 11 приземлиться на Луну. Сомнительно, чтобы Майкл Фарадей когда-либо мог представить себе такое применение магнитной индукции, когда открыл ее.

Проверка захвата

Если бы разрядный провод был дважды обмотан вокруг каждой жилы, как это повлияло бы на напряжение, индуцированное в разрядном проводе?

  1. Если количество витков вокруг провода удвоено, ЭДС уменьшается вдвое.
  2. Если количество витков вокруг провода удвоится, ЭДС не изменится.
  3. Если количество витков вокруг провода удваивается, то удваивается и ЭДС.
  4. Если количество витков вокруг провода удвоится, ЭДС в четыре раза больше начального значения.

Для трансформатора, показанного на рисунке 20.42, выходное напряжение VSVS от вторичной катушки почти полностью зависит от входного напряжения VPVP на первичной катушке и количества петель в первичной и вторичной катушках.Закон индукции Фарадея для вторичной катушки дает наведенное выходное напряжение VSVS равным

.
20.36VS = −NSΔΦΔt, VS = −NSΔΦΔt,

, где NSNS — количество витков во вторичной катушке, а ΔΦ / ΔtΔΦ / Δt — скорость изменения магнитного потока. Выходное напряжение равно индуцированной ЭДС (VS = ES), (VS = ES), при условии, что сопротивление катушки невелико — разумное предположение для трансформаторов. Площадь поперечного сечения катушек одинакова с каждой стороны, как и напряженность магнитного поля, поэтому ΔΦ / ΔtΔΦ / Δt одинаковы с каждой стороны.