AC Generator Theory

AC Generator || 3D Animation Video || 3D video (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

AC Generator Theory

AC elektriske kredsløb


Spørgsmål 1

Hvis en elektrisk strøm passerer gennem denne ledning, hvilken retning vil ledningen blive skubbet (ved interaktion mellem de magnetiske felter) "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00382x01. png ">

Er dette et eksempel på en elmotor eller en elektrisk generator ?

Reveal svar Skjul svar

Ledningen vil blive skubbet op i dette motoreksempel .

Bemærkninger:

Et visuelt hjælpemiddel til at forstå samspillet mellem de to magnetfelter er et diagram, der viser fluxlinierne fra de permanente magneter mod de cirkulære linjer af flux omkring ledningen. Bed de studerende, der stødte på lignende illustrationer i deres forskning for at tegne et billede af dette på tavlen foran klassen for dem, der ikke har set det.

Spørgsmål 2

Hvis denne ledning (mellem magnetpolerne) bevæges i en opadgående retning, hvilken polaritet af spænding vil måleren indikere?

Beskriv de faktorer, der påvirker størrelsen af ​​den inducerede spænding ved bevægelse og afgøre, om dette er et eksempel på en elektrisk motor eller en elektrisk generator .

Reveal svar Skjul svar

Voltmeteret vil indikere en negativ spænding i dette generator eksempel.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at forklare deres svar vedrørende faktorer, der påvirker spændingsstørrelsen. Hvor har de fået deres oplysninger "panelpanelpanelets standardpanel" på arbejdsarkpanelet>

Spørgsmål 3

Hvis denne ledning (mellem magnetpolerne) bevæger sig i en opadgående retning, og ledningernes ender er forbundet til en resistiv belastning, hvilken vej vil strømmen gå gennem ledningen?

Vi ved, at den nuværende bevægelse gennem en ledning skaber et magnetfelt, og at dette magnetfelt vil frembringe en reaktionskraft mod de statiske magnetfelter, der kommer fra de to permanente magneter. Hvilken retning vil denne reaktionskraft skubbe den nuværende bærende ledning "# 3"> Reveal svar Skjul svar

Reaktionsstyrken vil være direkte imod bevægelsesretningen som beskrevet af Lenz's lov.

Opfølgningsspørgsmål: Hvad angiver dette fænomen for os, om det er let at flytte en generator mekanisme under belastning, i forhold til loset? Hvilken effekt har en elektrisk belastning på generatorens udgangsterminaler på den mekaniske indsats, der er nødvendig for at dreje generatoren?

Bemærkninger:

Hvis du har en stor permanentmagnet-DC-motor til rådighed i dit klasseværelse, kan du let demonstrere dette princip for dine elever. Bare få dem til at dreje motorens aksel (generator) med deres hænder, med strømklemmerne åbne mod hinanden. Dine elever vil lægge mærke til en enorm forskel i lette at vende mellem disse to stater.

Når dine elever har haft lejlighed til at diskutere dette fænomen og / eller opleve det selv, så spørg dem, hvorfor elektromekaniske meter bevægelsesproducenter normalt sender målere med en kortere ledning, der forbinder de to meter terminaler sammen. På hvilken måde ligner en PMMC-målerbevægelse en elektrisk generator? Hvordan hjælper kortslutning af terminalerne sammen for at beskytte mod skader fra fysisk vibration under forsendelsen?

Bed dine elever om at beskrive hvilke faktorer der påvirker størrelsen af ​​denne reaktionskraft.

Spørgsmål 4

Bestem polariteten af ​​induceret spænding mellem enden af ​​denne trådsløjfe, da den drejes mellem de to magneter:

Reveal svar Skjul svar

Udfordringsspørgsmål: Hvis en modstand var forbundet mellem enden af ​​denne trådsløjfe, ville den "se" likestrøm (DC) eller vekselstrøm (AC) "noter skjult"> Noter:

Bemærk, at de to trådender skifter polaritet, når løkken roterer. Bed dine elever om at forklare, hvorfor polariteterne er som de er.

Spørgsmål 5

Beskriv karakteren af ​​den spænding, der induceres i de stationære ("stator") viklinger, da permanentmagnetrotoren roterer i denne maskine:

Hvilke faktorer bestemmer størrelsen af ​​denne spænding "# 5"> Reveal svar Skjul svar

Forøg ændringshastigheden ((dφ) / dt) eller øg antallet af svingninger i statorviklingen for at øge størrelsen af ​​den vekselstrøm, der genereres af denne maskine.

Opfølgningsspørgsmål: AC-generatorer eller vekselstrømsgeneratorer, som de undertiden kaldes, er typisk langlivede maskiner, når de drives under passende forhold. Men som alle maskiner, vil de til sidst svigte. På baggrund af illustrationen i spørgsmålet skal du identificere nogle mulige svigtmåder for en generator, og hvilke forhold kan fremskynde sådanne fejl.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at skrive ligningen for Faradays lov på tavlen, og analyser den derefter i en kvalitativ forstand (med variabler, der øger eller falder i værdi) for at validere svarene.

Det første svar på dette spørgsmål (stigning ((dφ) / dt)) er blevet bevidst vagt, for at få eleverne til at tænke. Hvad der specifikt skal ændres for at øge denne ændringskoefficient over tid? Hvilke virkelige variabler kan ændres efter at generatoren er blevet fremstillet, og hvilke er det ikke?

Spørgsmål 6

For at gøre den mest praktiske AC-generator (eller generator, som det også er kendt), hvilket design giver mere mening: en stationær permanentmagnet med en roterende trådspole eller en roterende permanentmagnet med en stationær trådspole? Forklar dit valg.

Reveal svar Skjul svar

Det er mere praktisk at bygge en generator med en stationær trådspole og en roterende magnet end at bygge en med en stationær magnet og en roterende trådspole, fordi en maskine med en roterende spole ville kræve en form for børster og slipringe til Udfør strøm fra den roterende aksel til belastningen.

Opfølgningsspørgsmål: Hvad er så dårligt om børster og slipringer, at vi ønsker at undgå dem i alternatordesign, hvis det er muligt?

Bemærkninger:

Besvarelse af opfølgningsspørgsmålet kan kræve lidt forskning fra dine elever. Bed dem om at beskrive, hvad "børster" er, og hvilke "slip rings" er, og så skal de mekaniske slid aspekter af disse dele blive almindeligt.

Spørgsmål 7

Vi ved, at for at fremkalde en sinusformet spænding i en trådspole, skal den magnetiske flux, der forbinder omviklingen af ​​ledningen i spolen, følge en sinusformet bane over tid, faseforskydt 90 o fra spændingsbølgeformen. Dette forhold mellem flux og induceret spænding er udtrykt i Faradays ligning v = N ((dφ) / dt):

Baseret på denne kendsgerning tegner du den magnetiske rotors position i denne generator, når spændingen er ved en af ​​dens toppe:

Reveal svar Skjul svar

Vekselstrømspændingen spidser, når den magnetiske flux er ved nuloverkrydsningspunktet:

(De egentlige magnetpolariteter er ikke afgørende for svaret. Uden at vide, hvilken vej spirerne blev såret og hvilken måde rotoren spinder, er det umuligt at specificere en nøjagtig magnetisk polaritet, så hvis dit svar havde "N" nedad og " S "vender op, er det stadig acceptabelt.)

Bemærkninger:

Dette spørgsmål udfordrer eleverne til at relatere magnetfluxbølgeformen (φ) til en øjeblikkelig rotorposition. Svaret kan komme som en overraskelse for nogle, der forventede maksimal induceret spænding at forekomme, når rotoren er in-line med statorpolen. Dette svar gør imidlertid fejlen af ​​forvirrende flux (φ) med frekvens-af-flux-ændring over tid (((dφ) / dt)). En rotor lined op med statorpolerne ville resultere i maksimal flux (φ) gennem disse poler, men ikke maksimal hastighedsfrekvensændring over tid (((dφ) / dt).

Spørgsmål 8

Hvis denne alternator spindes til 4500 omdrejninger pr. Minut, hvad vil hyppigheden af ​​dens udgangsspænding være? // www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00819x01.png ">

Tip: Hvor mange cykler af AC er produceret for hver revolution i rotoren?

Reveal svar Skjul svar

f = 75 Hz

Bemærkninger:

Studerende skal indse, at der er en cyklus af AC-spænding produceret for hver rotation af rotorakslen. Fra det tidspunkt er problemet simpelthen et spørgsmål om enhedskonverteringer.

Spørgsmål 9

Hvor hurtigt skal en 12-polet generator rotere for at producere 60 Hz vekselstrøm? Skriv en matematisk ligning for hastighed (S) med hensyn til frekvens (f) og antallet af poler (N).

Reveal svar Skjul svar

S = 600 omdr./min., For f = 60 Hz.

S = 120 f


N

Opfølgningsspørgsmål: Algebraisk manipulere denne ligning for at løse antallet af poler (N), der er nødvendige i en generator givet hastighed (S) og frekvens (f).

Bemærkninger:

Dette kan være særlig forvirrende for nogle elever, indtil de indser, at alternatorpoler altid er multipler af 2 (den enkleste generator har 2 poler).

Spørgsmål 10

Hvor mange poler har en generator, hvis den genererer 400 Hz effekt ved en akselhastighed på 6000 omdr./min.

Reveal svar Skjul svar

8 poler, som er det samme som 4 polepar.

Opfølgningsspørgsmål: Algebraisk manipulere hastigheden / polerne / frekvensækningen for at løse frekvensen, der genereres (f) givet antallet af poler (N) og generatorens hastighed (S).

Bemærkninger:

Nogle referencer giver ligninger i form af polepar i stedet for individuelle alternatorpoler.

Spørgsmål 11

Forudsat at udgangsfrekvensen af ​​en generator skal forblive konstant (som det er tilfældet i de nationale elsystemer, hvor frekvensen af ​​alle kraftværker skal være den samme), hvordan må dens udgangsspænding reguleres? Med andre ord, da vi ikke har lyst til at forøge eller formindske dens omdrejningshastighed for at styre spændingen, da det ville ændre frekvensen, hvordan kan vi koaksere vekselstrømsgeneratoren for at producere mere eller mindre spænding ved efterspørgslen?

Tip: Bilgeneratorer fremstilles med denne funktion, selvom formålet med denne applikation er at opretholde konstant spænding på trods af ændringer i motorhastigheden. I automotive elektriske systemer er frekvensen af ​​generatorens udgang irrelevant, fordi AC'en "rettes" til DC (frekvens = 0 Hz) for at oplade batteriet.

Reveal svar Skjul svar

Rotoren kan ikke være en permanent magnet, men skal være en elektromagnet, hvor vi kan ændre dens magnetfeltstyrke efter ønske.

Opfølgningsspørgsmål: Hvordan er det muligt at føre elektrisk strøm til viklinger på en roterende rotor? Skal vi aktivere rotorviklingen med AC eller DC? Forklar dit svar.

Bemærkninger:

Spørg dine elever om, hvordan denne spændingsreguleringsstrategi sammenligner med DC generatorer. Bed dem om at beskrive forskellen mellem "kommutatorstænger" og "slipringe".

Spørgsmål 12

Antag, at vi har en generator med to sæt viklinger, A og B :

Hvert par viklinger i hvert sæt er serieforbundet, så de fungerer som kun to separate viklinger:

Hvis en ende af hvert viklingspar blev forbundet sammen på et fælles jordpunkt, og hvert viklingspar udsender 70 volt RMS, hvor meget spænding vil blive målt mellem det åbne viklingspar ender "// www.beautycrew.com.au//sub .allaboutcircuits.com / images / quiz / 01886x03.png ">

Reveal svar Skjul svar

99 volt

Tip: Hvis du ikke forstår, hvordan denne spændingsværdi blev beregnet, skal du plotte spændingsudgangen af ​​de to viklinger som om de var vist på et oscilloskop. Faseforholdet mellem de to spændinger er nøglen til løsningen.

Opfølgningsspørgsmål: Tegn et fasediagram, der viser, hvor forskellen i potentialet (spænding) mellem ledningens ender er lig med 99 volt, når hver spolens spænding er 70 volt.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er en god øvelse af elevernes viden om faseforskydning, i en meget praktisk sammenhæng.

Spørgsmål 13

Antag, at vi har en generator med tre sæt viklinger, A, B og C :

Hvert par viklinger i hvert sæt er serieforbundet, så de fungerer som kun tre separate viklinger (vær opmærksom på fasemarkeringspunkterne!):

Hvis den ene ende af hvert viklingspar blev forbundet sammen på et fælles jordpunkt, og hvert viklingspar udsender 70 volt RMS, hvor meget spænding ville måles mellem to åbne ledninger "// www.beautycrew.com.au//sub. allaboutcircuits.com/images/quiz/01887x03.png ">

Reveal svar Skjul svar

121, 2 volt

Opfølgningsspørgsmål: Tegn et fasediagram, der viser, hvordan forskellen i potentialet (spænding) mellem trådenderne er lig med 121, 2 volt, når hver spolens spænding er 70 volt.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er en god øvelse af elevernes viden om faseforskydning, i en meget praktisk sammenhæng.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →