KonkursyPrądnice prądu stałego
Prądnice prądu stałego
Prądnica, generator elektryczny- maszyna elektryczna zamieniająca energię mechaniczną na energię elektryczną.
Wytwarzanie energii elektrycznej odbywa się w prądnicach dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej.
Odbywa się to na skutek względnego ruchu przewodnika i zewnętrznego pola magnetycznego.
Urządzenie elektryczne, które jest napędzane jest w stanie działać jako prądnica.
Po wprowadzeniu w ruch wirnika urządzenia i zapewnieniu warunków wzbudzenia, urządzenie da się traktować jako elektromechaniczny przetwornik energii mechanicznej w elektryczną.
Dla wszystkich prądnic prądu stałego trzeba zdefiniować następujące parametry:
prędkość obrotową n
prąd wzbudzenia Iw
prąd obciążenia I
napięcie obwodu twornika Ut
Prądnice bardzo często działają ze stałą prędkością, w związku z tym główne charakterystyki oraz analizy stanów urządzeń pokazane są przy założeniu n=const.
Do zdefiniowania głównych cech urządzenia można posłużyć się 3 typami charakterystyk:
obciążenia
zewnętrza
regulacji.
Ze względu na konstrukcję i cechy dynamiczne prądnice prądu stałego rozpatruje się je ze względu na metody połączenia uzwojenia wzbudzenia oraz uzwojenia twornika.
Wyróżniamy prądnice:
obcowzbudne
szeregowe
bocznikowe
szeregowo-bocznikowe.
Metody rysowania schematów urządzeń prądu stałego i oznakowywania początków oraz końców uzwojeń są bardzo dobrze definiowane przez polskie normy.
Założono, iż uzwojenia wzbudzenia - obce, szeregowe oraz bocznikowe - trzeba rysować w osi prostopadłej do osi szczotek, za to pozostałe uzwojenia, np.:
pomocnicze
komutacyjne
konpensacyjne
w takiej samej osi, co szczotki.
Zwrot napięcia na zaciskach prądnicy jest uzależniony od kierunku wirowania oraz orientacji pola magnetycznego w urządzeniu.
Zwyczajowo zakłada się, iż jeśli wirnik wiruje prawoskrętnie to prąd w obwodzie twornika ma kierunek od B do A, natomiast w obwodzie wzbudzenia od C do D.
Zasada, działanie prądnicy prądu stałego
Zasadę, działanie prądnicy prądu stałego da się bardzo prosto wytłumaczyć na zasadzie przewodnika przemieszczającego się w niezmiennym czasie polu magnetycznym.
Kiedy wirnik urządzenia pod wpływem zewnętrznego momentu napędowego wiruje w uzwojeniu twornika indukuje się siła elektromotoryczna ( tzw. siła elektromotoryczna rotacji), która ma wartość e=B Iw v
Gdzie: B- największa wartość indukcji, Iw- całkowita długość przewodów przemieszczających się w polu magnetycznym, v- prędkość liniowa przewodów.
Napięcie na zaciskach urządzenia jest sumą sił elektromotorycznych zaindukowanych w kolejnych cewkach wirnika, które połączone są szeregowo.
Osi cewek są wzajemnie przesunięte w przestrzeni oraz wszystkie z nich są w innych warunkach elektromotorycznych indukowanej we wszystkich cewkach.
Podczas pracy prądnicowej napięcie na zaciskach urządzenia U jest mniejsze od siły elektromotorycznej o wielkość spadków napięć na wszelkich fragmentach obwodu: U= E-It Rt
Gdzie: It- prąd twornika, Rt- całkowita rezystancja obwodu twornika
Praca równoległa prądnic prądu stałego
Prądnice prądu stałego są w stanie działać równolegle albo sieci.
Głównym warunkiem prawidłowej pracy jest zachowanie tej samej biegunowości na zaciskach każdej z maszyn.
Przy przyłączeniu nowej prądnicy trzeba zachować warunki zgodnej biegunowości oraz równych poziomów napięć.
Jeśli przyłączając do działającej już prądnicy kolejną, nie chcemy za dużego oraz gwałtownego wzrostu prądu wyrównawczego i wahań napięcia trzeba, na prądnicy biegnącej jałowo nastawić napięcie równe, co do wartości napięcia prądnicy już działającej.
Wartość napięcia reguluje się przez zmianę prądu wzbudzenia.
Po dokładnym włączeniu prądnicy trzeba powiększyć prąd wzbudzenia tak, by przejęła na siebie część obciążenia.
Jeśli prąd wzbudzenia 1 z prądnic będzie za mały może ona zacząć działać jak silnik.
Bardzo wrażliwe są na to prądnice szeregowo-bocznikowe.
By nie doprowadzić do takiej sytuacji można wykorzystać od razu połączenie elektryczne zacisków tworników przez wykorzystanie dodatkowego przewodu wyrównawczego.
Jeśli zajdzie konieczność wyłączenia prądnicy, trzeba zmniejszyć w niej prąd wzbudzenia, zwiększając równocześnie go w pozostałych prądnicach tak, aby żądane urządzenie działało na biegu jałowym.
Wyłączenie tego urządzenia nie powinno spowodować niestabilnych zachowań sieci.
Typy prądnic prądu stałego
prądnica bocznikowa
Jest to prądnica samowzbudna.
Bedzie działać dobrze, jeśli wirnik prądnicy zostanie wprawiony w ruch i zostaną zchowane warunki samowzbudzenia.
Prądnice mogą się obciążać dopiero po zakończeniu procesu samowzbudzenia.
W bocznikowej prądnicy orądu stałego tak samo jak w bocznikowym silniku, uzwojenie twornika jest połączone równlegle z uzwojeniem wzbudzenia.
Podczas stabilnej pracy urządzenia, prąd twornika It rozpływa się na prąd obciążenia I i prąd wzbudzenia Iw.
Prądnica obcowzbudna
Prądnice obcowzbudną nazywa się urządzenie prądu stałego, którego uzwojenie wzbudzenia zasilane jest z zewnętrznego źródła albo wyposażone jest w magnesy trwałe.
Prąd wzbudzenia prądnicy obcowzbudnej nie jest uzależniony od prądu twornika.
Własnością prądnic obcowzbudnych jest stosunkowo ogromna wartość prądu zwarcia, która jest ograniczana jedynie rezystancją obrotu twornika czyli rezystancją uzwojeń dodatkowych połączonych szeregowo z twornikiem, rezynstancją doprowadzeń oraz rezystancją przejścia szczotka kumulator.
Prądnica szeregowa
W prądnicy szeregowej prądu stałego obwód twornika jest łączony szeregowo z obwodem wzbudzenia.
W rezultacie prąd w urządzeniu jest w stanie płynąc dopiero, kidy podłączone obciążenie oraz obwód będą zamknięte.
Rezystancja odbiornika, musi być w taki sposób dobrana, by spełnione były wszelkie warunki samowzbudzenia.
Prąd twornika jest równocześnie prądem wzbudzenia oraz obciążenia
Prądnica szeregowo-bocznikowa
Prądnica szeregowo-bocznikowa wiąże zalety prądnicy bocznikowej oraz szeregowej.
Podczas wzbudzenia oraz stabilnej pracy główny wpływna strumień magnesujący posiada uzwojenie bocznikowe.
Dzięki jego wykorzystaniu- ewentualne jest ustawienie napięcia biegu jałowego i płynną regulację napięcia na zaciskach obciążonego urządzenia.
Uzwojenie szeregwe wpływa na zwiększenie się przepływu wzbudzenia wraz ze wzrostem obciążenia.
Warunki samowzbudzenia
Warunek pracy prądnicy to wirowanie twornika urządzenia i występowanie strumienia magnetycznego wyprodukowanego w uzwojeniu wzbudzenia.
W prądnicach obcowzbudnych do uzwojenia wzbudzenia przyłożone jest napięcie z niezależnego źródła.
W prądnicach samowzbudnych wzbudzenie uzależnione jet od występującego magnetyzmu szczątkowego.
W urządzeniu szeregowym prąd twornika jest równocześnie prądem wzbudzenia, natomiast w urządzeniu bocznikowym część prądu wyprodukowanego przeznaczona jest na prąd magnesujący.
Koniecznym warunkiem wzbudzenia prądnicy jest:
występowanie magnetyzmu szczątkowego
zapewnienie takiego połączenia układu, by strumień szczątkowy był wzmacniany przez pojawiający się strumień magnetyczny wyprodukowany w uzwojeniu wzbudzenia
pojawienie się ogromniej wartości siły elektromotorycznej, występowanie możliwości nie wzbudzenia się urządzenia przy za małej prędkości obrotowej
wirnik musi wirować z szybkością większą aniżeli minimalna.
W urządzeniu, które choć raz było wzbudzone występuje szczątkowy strumień magnetyczny.
W trakcie długiego postoju jego wartość będzie malała.
Po nadaniu wirnikowi szybkości obrotowej pod jego wpływem w tworniku indukuje się szczątkowa siła elektromotoryczna.
Jeśli gałąź twornika oraz gałąź wzbudzenia utworzą obwód zamknięty to będzie płynął prąd, którego wartość uzależniona będzie od rezystancji wypadkowej całego obwodu.
Strumień jaki powstanie na skutek przepływu tego prądu musi powiększać strumień szczątkowy.
Prądnica, generator elektryczny- maszyna elektryczna zamieniająca energię mechaniczną na energię elektryczną.
Wytwarzanie energii elektrycznej odbywa się w prądnicach dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej.
Odbywa się to na skutek względnego ruchu przewodnika i zewnętrznego pola magnetycznego.
Urządzenie elektryczne, które jest napędzane jest w stanie działać jako prądnica.
Po wprowadzeniu w ruch wirnika urządzenia i zapewnieniu warunków wzbudzenia, urządzenie da się traktować jako elektromechaniczny przetwornik energii mechanicznej w elektryczną.
Dla wszystkich prądnic prądu stałego trzeba zdefiniować następujące parametry:
prędkość obrotową n
prąd wzbudzenia Iw
prąd obciążenia I
napięcie obwodu twornika Ut
Prądnice bardzo często działają ze stałą prędkością, w związku z tym główne charakterystyki oraz analizy stanów urządzeń pokazane są przy założeniu n=const.
Do zdefiniowania głównych cech urządzenia można posłużyć się 3 typami charakterystyk:
obciążenia
zewnętrza
regulacji.
Ze względu na konstrukcję i cechy dynamiczne prądnice prądu stałego rozpatruje się je ze względu na metody połączenia uzwojenia wzbudzenia oraz uzwojenia twornika.
Wyróżniamy prądnice:
obcowzbudne
szeregowe
bocznikowe
szeregowo-bocznikowe.
Metody rysowania schematów urządzeń prądu stałego i oznakowywania początków oraz końców uzwojeń są bardzo dobrze definiowane przez polskie normy.
Założono, iż uzwojenia wzbudzenia - obce, szeregowe oraz bocznikowe - trzeba rysować w osi prostopadłej do osi szczotek, za to pozostałe uzwojenia, np.:
pomocnicze
komutacyjne
konpensacyjne
w takiej samej osi, co szczotki.
Zwrot napięcia na zaciskach prądnicy jest uzależniony od kierunku wirowania oraz orientacji pola magnetycznego w urządzeniu.
Zwyczajowo zakłada się, iż jeśli wirnik wiruje prawoskrętnie to prąd w obwodzie twornika ma kierunek od B do A, natomiast w obwodzie wzbudzenia od C do D.
Zasada, działanie prądnicy prądu stałego
Zasadę, działanie prądnicy prądu stałego da się bardzo prosto wytłumaczyć na zasadzie przewodnika przemieszczającego się w niezmiennym czasie polu magnetycznym.
Kiedy wirnik urządzenia pod wpływem zewnętrznego momentu napędowego wiruje w uzwojeniu twornika indukuje się siła elektromotoryczna ( tzw. siła elektromotoryczna rotacji), która ma wartość e=B Iw v
Gdzie: B- największa wartość indukcji, Iw- całkowita długość przewodów przemieszczających się w polu magnetycznym, v- prędkość liniowa przewodów.
Napięcie na zaciskach urządzenia jest sumą sił elektromotorycznych zaindukowanych w kolejnych cewkach wirnika, które połączone są szeregowo.
Osi cewek są wzajemnie przesunięte w przestrzeni oraz wszystkie z nich są w innych warunkach elektromotorycznych indukowanej we wszystkich cewkach.
Podczas pracy prądnicowej napięcie na zaciskach urządzenia U jest mniejsze od siły elektromotorycznej o wielkość spadków napięć na wszelkich fragmentach obwodu: U= E-It Rt
Gdzie: It- prąd twornika, Rt- całkowita rezystancja obwodu twornika
Praca równoległa prądnic prądu stałego
Prądnice prądu stałego są w stanie działać równolegle albo sieci.
Głównym warunkiem prawidłowej pracy jest zachowanie tej samej biegunowości na zaciskach każdej z maszyn.
Przy przyłączeniu nowej prądnicy trzeba zachować warunki zgodnej biegunowości oraz równych poziomów napięć.
Jeśli przyłączając do działającej już prądnicy kolejną, nie chcemy za dużego oraz gwałtownego wzrostu prądu wyrównawczego i wahań napięcia trzeba, na prądnicy biegnącej jałowo nastawić napięcie równe, co do wartości napięcia prądnicy już działającej.
Wartość napięcia reguluje się przez zmianę prądu wzbudzenia.
Po dokładnym włączeniu prądnicy trzeba powiększyć prąd wzbudzenia tak, by przejęła na siebie część obciążenia.
Jeśli prąd wzbudzenia 1 z prądnic będzie za mały może ona zacząć działać jak silnik.
Bardzo wrażliwe są na to prądnice szeregowo-bocznikowe.
By nie doprowadzić do takiej sytuacji można wykorzystać od razu połączenie elektryczne zacisków tworników przez wykorzystanie dodatkowego przewodu wyrównawczego.
Jeśli zajdzie konieczność wyłączenia prądnicy, trzeba zmniejszyć w niej prąd wzbudzenia, zwiększając równocześnie go w pozostałych prądnicach tak, aby żądane urządzenie działało na biegu jałowym.
Wyłączenie tego urządzenia nie powinno spowodować niestabilnych zachowań sieci.
Typy prądnic prądu stałego
prądnica bocznikowa
Jest to prądnica samowzbudna.
Bedzie działać dobrze, jeśli wirnik prądnicy zostanie wprawiony w ruch i zostaną zchowane warunki samowzbudzenia.
Prądnice mogą się obciążać dopiero po zakończeniu procesu samowzbudzenia.
W bocznikowej prądnicy orądu stałego tak samo jak w bocznikowym silniku, uzwojenie twornika jest połączone równlegle z uzwojeniem wzbudzenia.
Podczas stabilnej pracy urządzenia, prąd twornika It rozpływa się na prąd obciążenia I i prąd wzbudzenia Iw.
Prądnica obcowzbudna
Prądnice obcowzbudną nazywa się urządzenie prądu stałego, którego uzwojenie wzbudzenia zasilane jest z zewnętrznego źródła albo wyposażone jest w magnesy trwałe.
Prąd wzbudzenia prądnicy obcowzbudnej nie jest uzależniony od prądu twornika.
Własnością prądnic obcowzbudnych jest stosunkowo ogromna wartość prądu zwarcia, która jest ograniczana jedynie rezystancją obrotu twornika czyli rezystancją uzwojeń dodatkowych połączonych szeregowo z twornikiem, rezynstancją doprowadzeń oraz rezystancją przejścia szczotka kumulator.
Prądnica szeregowa
W prądnicy szeregowej prądu stałego obwód twornika jest łączony szeregowo z obwodem wzbudzenia.
W rezultacie prąd w urządzeniu jest w stanie płynąc dopiero, kidy podłączone obciążenie oraz obwód będą zamknięte.
Rezystancja odbiornika, musi być w taki sposób dobrana, by spełnione były wszelkie warunki samowzbudzenia.
Prąd twornika jest równocześnie prądem wzbudzenia oraz obciążenia
Prądnica szeregowo-bocznikowa
Prądnica szeregowo-bocznikowa wiąże zalety prądnicy bocznikowej oraz szeregowej.
Podczas wzbudzenia oraz stabilnej pracy główny wpływna strumień magnesujący posiada uzwojenie bocznikowe.
Dzięki jego wykorzystaniu- ewentualne jest ustawienie napięcia biegu jałowego i płynną regulację napięcia na zaciskach obciążonego urządzenia.
Uzwojenie szeregwe wpływa na zwiększenie się przepływu wzbudzenia wraz ze wzrostem obciążenia.
Warunki samowzbudzenia
Warunek pracy prądnicy to wirowanie twornika urządzenia i występowanie strumienia magnetycznego wyprodukowanego w uzwojeniu wzbudzenia.
W prądnicach obcowzbudnych do uzwojenia wzbudzenia przyłożone jest napięcie z niezależnego źródła.
W prądnicach samowzbudnych wzbudzenie uzależnione jet od występującego magnetyzmu szczątkowego.
W urządzeniu szeregowym prąd twornika jest równocześnie prądem wzbudzenia, natomiast w urządzeniu bocznikowym część prądu wyprodukowanego przeznaczona jest na prąd magnesujący.
Koniecznym warunkiem wzbudzenia prądnicy jest:
występowanie magnetyzmu szczątkowego
zapewnienie takiego połączenia układu, by strumień szczątkowy był wzmacniany przez pojawiający się strumień magnetyczny wyprodukowany w uzwojeniu wzbudzenia
pojawienie się ogromniej wartości siły elektromotorycznej, występowanie możliwości nie wzbudzenia się urządzenia przy za małej prędkości obrotowej
wirnik musi wirować z szybkością większą aniżeli minimalna.
W urządzeniu, które choć raz było wzbudzone występuje szczątkowy strumień magnetyczny.
W trakcie długiego postoju jego wartość będzie malała.
Po nadaniu wirnikowi szybkości obrotowej pod jego wpływem w tworniku indukuje się szczątkowa siła elektromotoryczna.
Jeśli gałąź twornika oraz gałąź wzbudzenia utworzą obwód zamknięty to będzie płynął prąd, którego wartość uzależniona będzie od rezystancji wypadkowej całego obwodu.
Strumień jaki powstanie na skutek przepływu tego prądu musi powiększać strumień szczątkowy.