AC Generator Teoria

Make Multiplier Generator DIY-Circuit! (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

AC Generator Teoria

AC Circuite electrice


Intrebarea 1

Dacă un curent electric trece prin acest fir, în ce direcție va fi împins firul (prin interacțiunea câmpurilor magnetice) "/ / www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00382x01. png ">

Este acesta un exemplu de motor electric sau de generator electric?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Cablul va fi împins în acest exemplu de motor .

Note:

Un ajutor vizual pentru înțelegerea interacțiunii celor două câmpuri magnetice este o diagramă care prezintă liniile de flux emise de magneții permanenți, față de liniile circulare ale fluxului din jurul firului. Întrebați-i pe acei studenți care au descoperit ilustrații similare în cercetarea lor pentru a desena o imagine a acestui lucru pe tablă în fața clasei, pentru cei care nu l-au văzut.

intrebarea 2

Dacă acest fir (între stalpii magnetului) este deplasat într-o direcție ascendentă, ce polaritate de tensiune va indica contorul?

Descrieți factorii care influențează magnitudinea tensiunii induse de mișcare și stabiliți dacă acesta este un exemplu de motor electric sau de generator electric.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Voltmetrul va indica o tensiune negativă în acest exemplu de generator .

Note:

Cereți studenților dvs. să explice răspunsurile lor cu privire la factorii care influențează magnitudinea tensiunii. De unde au obținut informațiile "panoul de lucru" panoul panoului de panou implicit "itemscope>

Întrebarea 3

Dacă acest fir (între stalpii magnetului) este deplasat într-o direcție ascendentă, iar capetele sârmei sunt conectate la o sarcină rezistivă, în ce fel curentul va trece prin fir?

Știm că curentul care se deplasează printr-un fir va crea un câmp magnetic și că acest câmp magnetic va produce o forță de reacție împotriva câmpurilor magnetice statice provenite de la cei doi magneți permanenți. În ce direcție această forță de reacție va împinge sârma transportoare de curent "# 3"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Forța de reacție va fi direct opusă sensului de mișcare, așa cum este descris de legea lui Lenz.

Următoarea întrebare: Ce ne indică acest fenomen cu privire la ușurința de a deplasa un mecanism generator sub sarcină, comparativ cu descărcarea? Ce efect are plasarea unei sarcini electrice pe bornele de ieșire ale unui generator asupra efortului mecanic necesar pentru a porni generatorul?

Note:

Dacă întâmpinați un motor DC cu magnet permanent, disponibil în clasă, puteți demonstra cu ușurință acest principiu pentru elevii dvs. Pur și simplu să le rotească arborele motorului (generator) cu mâinile lor, cu terminalele de putere deschise versus scurtate împreună. Elevii vor observa o mare diferență în ușurința de a se întoarce între aceste două state.

După ce elevii dvs. au avut ocazia să discute acest fenomen și / sau să-l experimenteze ei înșiși, întrebați-i de ce producătorii de mișcări electromecanice contorizează, de obicei, contoarele cu un fir de scurtcircuit care leagă cele două conectori. În ce mod o mișcare a contorului PMMC seamănă cu un generator electric? Cum împiedică scurtarea terminalelor să contribuie împreună la protejarea împotriva deteriorării cauzate de vibrațiile fizice în timpul transportului?

Cereți elevilor să descrie ce factori influențează magnitudinea acestei forțe de reacție.

Întrebarea 4

Determinați polaritatea tensiunii induse între capetele acestei bucle de sârmă, deoarece aceasta se rotește între cei doi magneți:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Întrebare provocare: dacă un rezistor a fost conectat între capetele acestei bucle de sârmă, ar fi "văzut" curent continuu (DC) sau curent alternativ (AC) "note ascunse"> Note:

Rețineți că cele două polarități ale comutatoarelor de capete ale firelor se rotesc. Cereți elevilor să explice de ce polaritățile sunt așa cum sunt.

Întrebarea 5

Descrieți natura tensiunii induse în bobinele staționare ("stator"), deoarece rotorul cu magnet permanent se rotește în această mașină:

Ce factori determină magnitudinea acestei tensiuni "# 5"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Creșteți rata de schimbare ((dφ) / dt) sau creșteți numărul de rotații în bobina statorului, pentru a crește mărimea tensiunii AC generate de această mașină.

Întrebare de urmărire: Generatoarele de curent alternativ sau alternatoarele, așa cum sunt uneori numite, sunt de obicei mașini cu durată lungă de viață atunci când funcționează în condiții adecvate. Dar, la fel ca toate mașinile, vor eșua în cele din urmă. Pe baza ilustrației date în întrebare, identificați unele moduri probabile de eșec pentru un alternator și ce condiții ar putea grăbi astfel de eșecuri.

Note:

Cereți elevilor să scrie ecuația pentru Legea lui Faraday pe tablă și apoi să o analizeze într-un sens calitativ (cu variabile care cresc sau scad în valoare) pentru a valida răspunsurile.

Primul răspuns la această întrebare (creștere ((dφ) / dt) a fost lăsat intenționat vag, pentru a-i face pe studenți să gândească. Ce trebuie, în special, pentru a crește această rată de schimbare în timp? Ce variabile ale lumii reale pot fi schimbate după fabricarea generatorului și care nu sunt?

Întrebarea 6

Pentru a face cel mai practic generator de curent alternativ (sau alternator, așa cum este cunoscut, de asemenea), ce design are mai mult sens: un magnet permanent staționar cu o bobină de sârmă rotativă sau un magnet permanent rotativ cu o bobină de sârmă staționară? Explica-ti alegerea.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Este mult mai practic să construim un alternator cu o bobină de sârmă staționară și un magnet rotativ decât să construim unul cu un magnet staționar și o bobină de sârmă rotativă, deoarece o mașină cu bobină rotativă ar avea nevoie de o anumită formă de perii și inele alunecoase conduceți alimentarea de la arborele rotativ la încărcătură.

Următoarea întrebare: ce este atât de rău în ceea ce privește periile și inelele de alunecare pe care le dorim să le evităm în designul alternatorului dacă este posibil?

Note:

Răspunsul la întrebarea de urmat poate necesita un pic de cercetare din partea elevilor. Cereți-le să descrie ce sunt "periile" și ce "inele de alunecare" sunt, iar apoi aspectele mecanice ale acestor părți ar trebui să devină clare.

Întrebarea 7

Știm că pentru a induce o tensiune sinusoidală într-o bobină de sârmă, fluxul magnetic care leagă înfășurările sârmei în bobină trebuie să urmeze o traiectorie sinusoidală în timp, deplasându-se în fază cu 90 ° față de forma de undă de tensiune. Această relație între flux și tensiunea indusă este exprimată în ecuația lui Faraday v = N ((dφ) / dt):

Pe baza acestui fapt, trageți poziția rotorului magnetic în acest alternator atunci când tensiunea se află la unul dintre vârfurile sale:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Tensiunea alternatorului survine atunci când fluxul magnetic se află la punctul de trecere zero:

(Polaritatile magnetului efectiv nu sunt esentiale pentru raspuns. Fara a sti in ce directie s-au rotit bobinele si in ce directie se roteste rotorul, este imposibil sa precizezi o polaritate magnetica exacta, deci daca raspunsul tau are "N" in jos si " S "cu fața în sus, este încă acceptabil.)

Note:

Această întrebare îi provoacă pe studenți să relateze forma de undă a fluxului magnetic (φ) la o poziție instantanee a rotorului. Răspunsul poate fi o surpriză pentru unii, care se așteaptă ca tensiunea maximă indusă să aibă loc atunci când rotorul este în linie cu stâlpii statorului. Acest răspuns, totuși, face ca greșeala fluxului confuz (φ) să se schimbe în timp (((dφ) / dt). Un rotor aliniat cu stâlpii statorului ar avea ca rezultat fluxul maxim (φ) prin acei poli, dar nu viteza maximă de schimbare a fluxului în timp ((dφ) / dt)).

Întrebarea 8

Dacă acest alternator este centrifugat la 4500 RPM (rotații pe minut), care va fi frecvența tensiunii sale de ieșire "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00819x01.png">

Indiciu: câte cicluri de AC sunt produse pentru fiecare rotație a rotorului?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

f = 75 Hz

Note:

Elevii trebuie să-și dea seama că există un singur ciclu de tensiune AC produs pentru fiecare rotație a arborelui rotorului. Din acel moment, problema este pur și simplu o chestiune de conversie a unităților.

Întrebarea 9

Cât de repede trebuie să se rotească un alternator cu 12 poli pentru a produce o putere de 60 Hz AC? Scrieți o rezolvare matematică a ecuației pentru viteza (S) în ceea ce privește frecvența (f) și numărul de poli (N).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

S = 600 RPM, pentru f = 60 Hz.

S = 120 f


N

Următoarea întrebare: manipulați algebric această ecuație pentru a rezolva numărul de poli (N) necesar într-un generator dat viteza (S) și frecvența (f).

Note:

Acest lucru poate fi deosebit de confuz pentru unii studenți, până când își dau seama că polii alternator sunt întotdeauna multiplii de 2 (cel mai simplu alternator având 2 poli).

Întrebarea 10

Câte poluri are un alternator dacă generează putere de 400 Hz la o viteză a arborelui de 6000 RPM?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

8 poli, care este la fel ca perechi de 4 poli.

Următoarea întrebare: manipulați algebric ecuația de viteză / poli / frecvență pentru a rezolva frecvența generată (f) având în vedere numărul de poli (N) și viteza generatorului (S).

Note:

Unele referințe oferă ecuații în termeni de perechi de poli în loc de poli uni alternator.

Întrebarea 11

Presupunând că frecvența de ieșire a unui alternator trebuie să rămână constantă (cum este cazul sistemelor naționale de alimentare, unde frecvența tuturor centralelor electrice trebuie să fie aceeași), cum poate fi reglată tensiunea de ieșire? Cu alte cuvinte, deoarece nu avem luxul de a crește sau de a reduce viteza de rotație pentru a controla tensiunea, deoarece aceasta ar schimba frecvența, cum putem coaxi alternatorul să producă mai mult sau mai puțin tensiune la cerere?

Sugestie: alternatoarele automate sunt fabricate cu această caracteristică, deși scopul acestei aplicații constă în menținerea unei tensiuni constante, în ciuda schimbărilor în viteza motorului. În sistemele electrice auto, frecvența producției alternatorului este irelevantă deoarece AC este "rectificată" în DC (frecvență = 0 Hz) pentru a încărca bateria.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rotorul nu poate fi un magnet permanent, ci trebuie să fie un electromagnet, unde putem modifica puterea câmpului magnetic la voință.

Următoarele întrebări: cum este posibilă efectuarea energiei electrice la înfășurările pe un rotor rotativ? Ar trebui să energizăm înfășurarea rotorului cu AC sau DC? Explică-ți răspunsul.

Note:

Întrebați elevii dvs. cum se compară această strategie de reglare a tensiunii cu cea a generatoarelor de curent continuu. Cereți-le să descrie diferența dintre "barele de comutație" și "inelele alunecoase".

Întrebarea 12

Să presupunem că avem un alternator cu două seturi de înfășurări, A și B :

Fiecare pereche de înfășurări în fiecare set este conectată în serie, deci acționează ca doar două înfășurări separate:

Dacă un capăt al fiecărei perechi de înfășurări au fost conectate împreună la un punct comun de la sol și fiecare pereche de înfășurări emise de 70 volți RMS, câtă tensiune ar fi măsurată între pereții deschiși de bobinaj deschis "// www.beautycrew.com.au//sub .allaboutcircuits.com / images / test / 01886x03.png ">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

99 volți

Indiciu: dacă nu înțelegeți cum a fost calculată această valoare a tensiunii, compuneți tensiunea de ieșire a celor două înfășurări ca și cum ar fi arătate pe un osciloscop. Relația de fază dintre cele două tensiuni este cheia soluției.

Următoarea întrebare: trageți o diagramă fazor care arată modul în care diferența de potențial (tensiune) dintre capetele sârmei este egală cu 99 volți, atunci când fiecare tensiune a bobinei bobinei este de 70 volți.

Note:

Această întrebare este un bun exercițiu al cunoștințelor studenților despre schimbarea de fază, într-un context foarte practic.

Întrebarea 13

Să presupunem că avem un alternator cu trei seturi de înfășurări, A, B și C :

Fiecare pereche de înfășurări din fiecare set este conectată în serie, deci acționează ca doar trei înfășurări separate (acordați o atenție deosebită punctelor de marcare de fază!):

Dacă un capăt al fiecărei perechi de înfășurări au fost conectate împreună la un punct comun de la sol și fiecare pereche de înfășurări emită 70 volți RMS, câtă tensiune ar fi măsurată între oricare două fire deschise "/ / www.beautycrew.com.au//sub. allaboutcircuits.com/images/quiz/01887x03.png ">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

121, 2 volți

Următoarea întrebare: trageți o diagramă phasor care arată modul în care diferența de potențial (tensiune) dintre capetele sârmei este egală cu 121, 2 volți, atunci când fiecare tensiune a bobinei bobinei este de 70 volți.

Note:

Această întrebare este un bun exercițiu al cunoștințelor studenților despre schimbarea de fază, într-un context foarte practic.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →