الأولي الكهرومغناطيسي مولد كهرباء قرص فاراداي اخترعه العالم البريطاني مايكل فاراداي في عام 1831 مولد التيار المستمر هو جهاز كهربائي يستخدم للتوليد طاقة كهربائية . تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا الجهاز في تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. هناك عدة أنواع من مصادر الطاقة الميكانيكية المتاحة مثل الرافعات اليدوية ومحركات الاحتراق الداخلي ، توربينات المياه والغاز والتوربينات البخارية. يوفر المولد الطاقة لجميع شبكات الطاقة الكهربائية . يمكن إجراء الوظيفة العكسية للمولد بواسطة محرك كهربائي. تتمثل الوظيفة الرئيسية للمحرك في تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. المحركات ، وكذلك المولدات ، لها ميزات مماثلة. تتناول هذه المقالة نظرة عامة حول مولدات التيار المستمر.
ما هو مولد التيار المستمر؟
مولد DC أو مولد التيار المباشر نوع واحد من الآلات الكهربائية ، والوظيفة الرئيسية لهذه الآلة هي تحويل الطاقة الميكانيكية إلى تيار مستمر (تيار مباشر) كهرباء. تستخدم عملية تغيير الطاقة مبدأ القوة الدافعة الكهربائية المستحثة بقوة. ال مخطط مولد التيار المستمر هو مبين أدناه.
مولد التيار المستمر
عندما يقطع موصل الفيض المغناطيسي ، ثم سيتم توليد القوة الدافعة الكهربائية المستحثة بقوة على أساس مبدأ الحث الكهرومغناطيسي قوانين فاراداي . يمكن أن تتسبب هذه القوة الدافعة الكهربائية في تدفق التيار عندما لا يتم فتح دائرة الموصل.
بناء
يستخدم مولد التيار المستمر أيضًا كملف محرك بتيار مستمر دون تغيير بنائه. لذلك ، يمكن تسمية محرك DC أو مولد التيار المستمر بشكل عام a آلة DC. بناء أ مولد 4 أقطاب DC هو مبين أدناه. يتكون هذا المولد من أجزاء متعددة مثل نير ، أعمدة وأحذية قطب ، لف الحقل ، قلب المحرك ، لف المحرك ، المبدل والفرش. لكن الجزأين الأساسيين لهذا الجهاز هما الجزء الثابت وكذلك الجزء المتحرك .
الجزء الثابت
الجزء الثابت هو جزء أساسي من مولد التيار المستمر ، وتتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا في توفير المجالات المغناطيسية حيث تدور الملفات. يتضمن ذلك مغناطيسًا مستقرًا ، حيث يكون اثنان منهم بأقطاب معكوسة. توجد هذه المغناطيسات لتناسب منطقة الدوار.
الدوار أو المحرك الأساسي
الدوار أو جوهر المحرك هو الجزء الثاني الأساسي من مولد التيار المستمر ، وهو يشتمل على تصفيح حديدية مشقوقة مع فتحات مكدسة لتشكيل قلب المحرك الأسطواني . بشكل عام ، يتم تقديم هذه التصفيح لتقليل الخسارة بسبب الدوامة الحالية .
لفات حديد التسليح
يتم استخدام فتحات قلب المحرك بشكل أساسي لعقد لفات المحرك. هذه في شكل لف دائرة مغلقة ، وهي متصلة في سلسلة بالتوازي لتعزيز مجموع التيار الناتج.
نير
الهيكل الخارجي لمولد التيار المستمر هو نير ، وهو مصنوع من الحديد الزهر بخلاف الفولاذ. يعطي القوة الميكانيكية اللازمة لحمل الفيض المغناطيسي من خلال القطبين.
أعمدة
تستخدم هذه بشكل أساسي لعقد اللفات الميدانية. عادة ، يتم لف هذه اللفات على القطبين ، ويتم توصيلها في سلسلة متوازية من خلال لفات المحرك . بالإضافة إلى ذلك ، ستعطي الأعمدة وصلة باتجاه النير باستخدام طريقة اللحام وإلا باستخدام البراغي.
حذاء القطب
يتم استخدام حذاء القطب بشكل أساسي لنشر التدفق المغناطيسي وكذلك لتجنب سقوط الملف الميداني.
العاكس
عمل المبدل هو بمثابة مقوم للتغيير AC الجهد الى الجهد DC داخل المحرك متعرجا عبر الفرشاة. إنه مصمم بقطعة نحاسية ، وكل قطعة نحاسية محمية من بعضها البعض بمساعدة صفائح الميكا . إنه موجود على عمود الآلة.
العاكس في مولد التيار المستمر
وظيفة مبدل مولد التيار المستمر
تتمثل الوظيفة الرئيسية للمبدل في مولد التيار المستمر في تغيير التيار المتردد إلى التيار المستمر. إنه يعمل كمفتاح عكسي ويتم مناقشة دوره في المولد أدناه.
تتناوب قوة emf التي يتم إحداثها داخل ملف المحرك للمولد. لذلك ، يمكن أن يكون تدفق التيار داخل ملف المحرك أيضًا تيارًا متناوبًا. يمكن عكس هذا التيار من خلال المبدل في اللحظة الدقيقة بمجرد أن يعبر ملف المحرك المحور المغناطيسي غير المتحيز. وبالتالي ، فإن الحمل يصل إلى تيار مستمر أو تيار أحادي الاتجاه.
يضمن المبدل أن تدفق التيار من المولد سيتدفق إلى الأبد في اتجاه واحد. ستعمل الفرش على عمل توصيلات كهربائية عالية الجودة بين المولد والحمل عن طريق تحريك المبدل.
الفرش
يمكن ضمان التوصيلات الكهربائية بين عاكس التيار وكذلك دائرة الحمل الخارجية بمساعدة الفرش.
مبدأ العمل
ال مبدأ عمل مولد التيار المستمر يستند إلى قوانين فاراداي الحث الكهرومغناطيسي . عندما يقع الموصل في مجال مغناطيسي غير مستقر ، يتم إحداث قوة دافعة كهربائية داخل الموصل. يمكن قياس حجم emf المستحث من معادلة القوة الدافعة الكهربائية للمولد .
إذا كان الموصل موجودًا بحارة مغلقة ، فإن التيار المستحث سوف يتدفق في الحارة. في هذا المولد ، ستولد ملفات المجال مجالًا كهرومغناطيسيًا بالإضافة إلى تحويل موصلات المحرك إلى الحقل. لذلك ، سيتم إنشاء قوة دافعة كهربائية مستحثة كهرومغناطيسيًا (emf) داخل موصلات المحرك. سيتم توفير مسار التيار المستحث بواسطة قاعدة اليد اليمنى لـ Fleming.
معادلة DC Generator E.M.F
ال معادلة emf لمولد التيار المستمر وفقًا لقوانين فاراداي عن الحث الكهرومغناطيسي على سبيل المثال = PØZN / 60 أ
أين فاي يكون
التدفق أو القطب داخل ويبر
'Z' هو العدد الإجمالي لموصل المحرك
'P' عدد من الأعمدة في المولد
'A' هو عدد من الممرات المتوازية داخل المحرك
'N' هو دوران المحرك في دورة في الدقيقة (دورات في الدقيقة)
'E' هي القوة الدافعة المستحثة في أي حارة موازية داخل المحرك
'على سبيل المثال' هي قيمة emf التي تم إنشاؤها في أي من الممرات المتوازية
'N / 60' هو عدد الدورات في الثانية
سيكون وقت الدورة الواحدة dt = 60 / N ثانية
أنواع مولدات التيار المستمر
يمكن تصنيف مولدات التيار المستمر في فئتين مهمتين هما متحمس بشكل منفصل وكذلك متحمس ذاتيًا.
أنواع مولدات التيار المستمر
متحمس بشكل منفصل
في النوع المثير بشكل منفصل ، يتم تقوية الملفات الميدانية من مصدر تيار مستمر خارجي مستقل.
متحمس للذات
في النوع المثير ذاتيًا ، يتم تقوية ملفات المجال من التيار المتولد باستخدام المولد. سيحدث توليد أول قوة دافعة كهربائية بسبب مغناطيسيتها البارزة داخل أقطاب المجال.
ستؤدي القوة الدافعة الكهربائية المنتجة إلى توفير جزء من التيار في ملفات المجال ، مما سيزيد من تدفق المجال وكذلك توليد القوة الدافعة الكهربائية. علاوة على ذلك ، يمكن تصنيف هذه الأنواع من مولدات التيار المستمر إلى ثلاثة أنواع وهي الجرح المتسلسل ، والجروح التحويلية ، والجروح المركبة.
- في سلسلة الجرح ، يتم توصيل كل من ملف المجال ولف المحرك في سلسلة مع بعضهما البعض.
- في التحويلة الملفوفة ، يتم توصيل كل من ملف المجال ولف المحرك بالتوازي مع بعضهما البعض.
- اللف المركب هو مزيج من سلسلة اللف ولف التحويلة.
كفاءة مولد التيار المستمر
تعتبر مولدات التيار المستمر موثوقة للغاية مع معدلات كفاءة تتراوح بين 85-95٪
النظر في إخراج المولد هو السادس
دخل المولد هو VI + Losses
المدخلات = VI + I2aRa + Wc
إذا كان تيار مجال التحويل غير مهم ، فعندئذٍ Ia = I (تقريبًا)
بعد ذلك ، n = VI / (VI + Ia2Ra + wc) = 1 / (1 + Ira / V + wc / VI)
لأعلى كفاءة d / dt (Ira / V + wc / VI) = 0 وإلا I2ra = wc
لذلك تكون الكفاءة أعلى عندما تكون الخسارة المتغيرة معادلة للخسارة المستمرة
تيار الحمل المكافئ لأعلى كفاءة هو I2ra = wc وإلا I = √wc / ra
خسائر في مولد التيار المستمر
هناك أنواع مختلفة من الآلات المتاحة في السوق حيث لا يمكن تغيير إجمالي طاقة الإدخال إلى مخرجات بسبب الخسارة في طاقة الإدخال. لذلك يمكن أن تحدث خسائر مختلفة في هذا النوع من المولدات.
فقدان النحاس
في خسارة النحاس في المحرك (Ia2Ra) ، حيث يكون تيار المحرك هو 'Ia' ومقاومة المحرك هي 'Ra'. بالنسبة للمولدات مثل تحويلة الجرح ، فإن فقدان النحاس في المجال يعادل Ish2Rsh وهو مستقر تقريبًا. بالنسبة للمولدات مثل الجرح المتسلسل ، فإن فقدان النحاس في الحقل يعادل Ise2 Rse وهو أيضًا مستقر تقريبًا. بالنسبة للمولدات مثل الجرح المركب ، فإن فقد النحاس المودع يشبه Icomp2 Rcomp وهو أيضًا مستقر تقريبًا. في حالة فقد الحمل الكامل ، تحدث خسائر النحاس بنسبة 20-30٪ بسبب ملامسة الفرشاة.
الأساسية أو الحديد أو فقدان المغناطيسية
يمكن تصنيف الخسائر الأساسية إلى نوعين مثل التباطؤ والتيار الدوامة
خسارة التخلفية
تحدث هذه الخسارة بشكل أساسي بسبب انعكاس قلب المحرك. كل جزء من قلب الدوار يمر أسفل القطبين مثل الشمال والجنوب بالتناوب ويحقق قطبية S & N في المقابل. عندما يزود اللب أقل من مجموعة واحدة من الأعمدة ، سينهي القلب سلسلة واحدة من انعكاس التردد. يرجى الرجوع إلى هذا الرابط لمعرفة المزيد عن ما هو فقدان التخلفية: العوامل وتطبيقاتها
إيدي الخسارة الحالية
يقوم قلب المحرك بخفض التدفق المغناطيسي طوال ثورته ويمكن تحفيز emf داخل الجزء الخارجي من اللب ، بناءً على قوانين الحث الكهرومغناطيسي ، وهذا emf صغير للغاية ، ومع ذلك ، فإنه ينشئ تيارًا كبيرًا في سطح اللب. يُعرف هذا التيار الضخم باسم التيار الدوامي بينما يُطلق على الخسارة خسارة التيار الدوامة.
تكون الخسائر الأساسية مستقرة للمولدات المركبة والتحويلة لأن التيارات الميدانية الخاصة بها مستقرة تقريبًا. تحدث هذه الخسارة بشكل رئيسي من 20٪ إلى 30٪ في خسائر الحمولة الكاملة.
خسارة ميكانيكية
يمكن تعريف الخسارة الميكانيكية على أنها احتكاك هواء المحرك الدوار أو خسائر انحراف القذيفه بفعل الهواء تحدث خسارة الاحتكاك بشكل أساسي من 10٪ إلى 20٪ من خسائر الحمل الكامل في المحامل والمبدل.
خسارة طائشة
تحدث الخسائر الضالة بشكل أساسي من خلال الجمع بين الخسائر مثل الأساسية وكذلك الميكانيكية. وتسمى هذه الخسائر أيضًا خسائر الدوران.
الفرق بين مولد التيار المتردد والتيار المستمر
قبل أن نتمكن من مناقشة الفرق بين مولد التيار المتردد والتيار المستمر ، علينا أن نعرف مفهوم المولدات. بشكل عام ، يتم تصنيف المولدات إلى نوعين مثل AC و DC. تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذه المولدات في تغيير الطاقة من الميكانيكية إلى الكهربائية. يولد مولد التيار المتردد تيارًا متناوبًا بينما يولد مولد التيار المستمر طاقة مباشرة.
يستخدم كلا المولدين قانون فاراداي لتوليد الطاقة الكهربائية. يخبرنا هذا القانون أنه بمجرد أن ينتقل الموصل داخل مجال مغناطيسي ، فإنه يقطع خطوط القوة المغناطيسية لتحفيز EMF أو القوة الكهرومغناطيسية داخل الموصل. يعتمد حجم emf المستحث بشكل أساسي على اتصال قوة الخط المغناطيسي عبر الموصل. بمجرد إغلاق دائرة الموصل ، يمكن أن يتسبب emf في تدفق التيار. الأجزاء الرئيسية لمولد التيار المستمر هي المجال المغناطيسي والموصلات التي تتحرك داخل المجال المغناطيسي.
تعتبر الاختلافات الرئيسية بين مولدات التيار المتردد والتيار المستمر واحدة من أهم الموضوعات الكهربائية. يمكن أن تساعد هذه الاختلافات الطلاب على الدراسة حول هذا الموضوع ولكن قبل ذلك ، يجب على المرء أن يعرف عن مولدات التيار المتردد وكذلك مولدات التيار المستمر في كل التفاصيل بحيث يسهل فهم الاختلافات. يرجى الرجوع إلى هذا الرابط لمعرفة المزيد عن الفرق بين مولد التيار المتردد والتيار المستمر.
صفات
يمكن تعريف خاصية مولد التيار المستمر على أنها تمثيل رسومي بين الكميتين المنفصلتين. سيوضح هذا الرسم البياني خصائص الحالة المستقرة التي تشرح العلاقة الرئيسية بين الجهد الطرفي والأحمال والإثارة من خلال هذا الرسم البياني. تتم مناقشة أهم خصائص هذا المولد أدناه.
خصائص المغنطة
توفر خصائص المغنطة فرقًا في إنتاج الجهد ، وإلا فلن يكون هناك حمل للجهد عبر تيار المجال بسرعة ثابتة. يُعرف هذا النوع من الخصائص أيضًا باسم الدائرة المفتوحة بخاصية عدم التحميل.
الخصائص الداخلية
يمكن رسم الخصائص الداخلية لمولد التيار المستمر بين تيار الحمل والجهد المتولد.
الخصائص الخارجية أو الحمل
توفر خصائص الحمل أو النوع الخارجي العلاقات الرئيسية بين تيار الحمل وكذلك الجهد الطرفي بسرعة ثابتة.
مزايا
ال مزايا مولد التيار المستمر تشمل ما يلي.
- مولدات التيار المستمر تولد مخرجات كبيرة.
- الحمل النهائي لهذه المولدات مرتفع.
- تصميم مولدات التيار المستمر بسيط للغاية
- تستخدم هذه لتوليد طاقة إخراج غير متساوية.
- هذه متوافقة للغاية مع 85-95٪ من تقييمات الكفاءة
- أنها تعطي مخرجات موثوقة.
- فهي خفيفة الوزن ومدمجة.
سلبيات
تشمل عيوب مولد التيار المستمر ما يلي.
- لا يمكن استخدام مولد التيار المستمر مع محول
- كفاءة هذا المولد منخفضة بسبب العديد من الخسائر مثل النحاس والميكانيكية والدوامة ، إلخ.
- يمكن أن يحدث انخفاض الجهد على مسافات طويلة
- إنها تستخدم عاكس حلقي مقسم لذلك سوف يعقد تصميم الماكينة
- غالي
- صيانة عالية
- ستتولد الشرارات أثناء توليد الطاقة
- سيتم فقد المزيد من الطاقة أثناء الإرسال
تطبيقات مولدات التيار المستمر
تشمل تطبيقات أنواع مختلفة من مولدات التيار المستمر ما يلي.
- يتم استخدام مولد التيار المستمر من النوع المتحمس المنفصل للتعزيز كذلك الكهربائي . يتم استخدامه لغرض الطاقة والإضاءة باستخدام أ منظم المجال
- يتم استخدام مولد DC ذاتي الإثارة أو مولد تحويل التيار المستمر للطاقة بالإضافة إلى الإضاءة العادية باستخدام المنظم. يمكن استخدامه لإضاءة البطارية.
- يستخدم مولد التيار المستمر في المصابيح القوسية للإضاءة ، ومولد التيار المستقر ، والمعزز.
- يتم استخدام مولد DC المركب لتوفير مزود الطاقة لآلات اللحام DC.
- مجمع المستوى DC مولد كهرباء يستخدم لتوفير مصدر طاقة لبيوت الشباب والنزل والمكاتب وما إلى ذلك.
- أكثر من المركب ، يتم استخدام مولد التيار المستمر لتعويض انخفاض الجهد داخل المغذيات.
وبالتالي ، هذا كل شيء عن مولد التيار المستمر . من المعلومات أعلاه أخيرًا ، يمكننا أن نستنتج أن المزايا الرئيسية لمولدات التيار المستمر تشمل البناء والتصميم البسيط ، والعملية المتوازية سهلة ، ومشاكل استقرار النظام ليست مثل المولدات. إليك سؤال لك ، ما هي عيوب مولدات التيار المستمر؟
