מעבדה בהמרת אנרגיהדוח מכין: גנראטור זרם ישר בעל עירור זר ועירור מקבילי

מעבדה בהמרת אנרגיה

– גנראטור זרם ישר בעל עירור זר ועירור מקבילי 1 דוח מכין: ניסוי מספר

מטרת הניסוי:

הכרה עם מכונת זרם ישר הפועלת כגנראטור בעירור זר ובעירור עצמי מסוג שאנט)מקבילי(.

)זרם ישר( המשמש כגנראטור DC רקע תיאורטי לגבי מכונת

מתחלקות לשניים: מחולל ומנוע. המחולל ממיר אנרגיה מכאנית לאנרגיהDCמכונות מבוססות עלDCחשמלית והמנוע ממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכאנית. מכונות

הינוDCסיבוב וכוללות רוטור מסתובב וסטטור נייח. מרכיב נוסף הקיים במכונות מבוססתDCמנגנון מכאני המשמש ליישור המתח. מנגנון זה נקרא קומוטטור. מכונת

על שדה מגנטי מסתובב ומטבעה היא נועדה ליצור נתח חילופין. כאמור מתח הישר נעשה ע"י זרם ישר.DCמיוצר ממכונה זו ע"י מנגנון יישור מכאני. העירור במכונת

נמצא בסטטור והעוגן נמצא ברוטור. DCהעירור במכונת

הפועלת כגנראטורDCעיקרון פעולה של מכונת

כאמור גנראטור מייצר מתח ישר אם כי לא מיוצב בגלל האדווה המתקבלת לאחרישור ע"י קוממטור.

נתבונן באיור הבא המתאר מכונה פשוטה הכוללת ערור בסטטור בצורת מגנט קבוע, ועוגן ברוטור בצורת כריכה מוליכה מסתובבת. המכונה כוללת שתי טבעות החלקה

אשר מחוברות לעומס התנגדותי:

: גנרטור פשוט בעל כריכה אחת1איור

. והכריכה משמשת כעוגן. קווייBfהמגנט הקבוע משמש ליצירת שדה מגנטי מערער השדה המערער יוצאים מקוטב צפון לעבר קוטב דרום, כאשר הכריכה מסובבת

בעזרת כוח מכאני חצוני, ומוליכיה חוצים את רווי השדה.

: כריכה ומגנט קבוע2איור

אם נסובב את הכריכה נגד כיוון השעון, יושרה כא"מ בשני קטעים מתוך ארבעת 1הקטעים של הכריכה בהתאם לנוסחא

1) חוק פארדי: ) e=l(v⃗ × B⃗).

סכימת תמורה של עוגן )גנראטור(

קיים מפל מתח על המברשות.DCמעגל התמורה מתמקד בעוגן )רוטור(. במכונות

: מעגל תמורה של העוגן3איור

RA.)התנגדות סליל העוגן )רוטור –

EA.הוא הכא"מ שגודלו תלוי בזרם העירור –

V T.נתח ההדקים במוצא -

: DCסוגי עירור במכונת

בעירור זר DC גנראטור

בעירור זרDC : מעגל עבור גנראור 4איור

בשיטה זו סליל העירור מוזן ממקור זרם ישר נפרד, שאינו תלוי במעגל הרוטור )ולכן גםזרם העירור אינו מושפע ממתח היציאה של מעגל הרוטור(.

2נוסחא מספר יחסי לשטף ולמהירות מתואר בEגודל הכא"מ (2 ) E=K e×ϕ×n

במהירות קבועה הגנראטור מייצר כא"מ יחסי לעוצמת השדה או זרם העירור.נדון על(:3השפעתו של העומס המחובר ליציאת הגנראטור )נוסחא מספר

(3 )V=E−I ×R קטן וירידת המתח על ההתנגדות האומיתIaבמקרה של התנגדות עומס גבוהה ,הזרם

של העוגן נהפכת חסרת ערך. היא ליניארית בתנאי שמיוצר כא"מV וההפחתה של Iaמכאן היחס בין הגדילה של

קבוע.

: מתח וזרם העירור אינם תלויים בעומס המכונה )שטף קבוע(. היתרון

: נדרשים שני מקורות זרם ישר )גורם להתייקרות המכונה(. חסרון

מודל חשמלי לגנראטור בעירור זר

נציג מעגל תמורה חשמלי לגנראטור בעירור זר. נניח כי המתחים והזרמים הינם ערכיDC:ממוצעים

בעירור זרDC : מעגל תמורה לגנראטור 5איור

הסימנים :

VTמתח ביציאתו של הגנראטור - Eaכא"מ הנוצר בעוגן - Raההתנגדות האומית של העוגן -

Iaזרם במעגל העוגן - IFזרם במעגל העירור - Φשטף מגנטי ל קוטבי עירור - nמהירות סיבובית -

Ke.מקדם מתייחס לסלילי העירור -

בעירור מקבילי DC גנראטור

עירור עצמי פירושו יצירת שדה מגנטי מערער בסטטור ללא שימוש בספק כוח נוסף, דבר המפשט ומייעל את המכונה. משיגים זאת ע"י הזנת מעגלי העירור )סליל

הסטטור( ישירות ע"י חיבור חשמלי למעגלי העוגן, כך שמתח ההדקים משותף למתח העירור )חיבור מקבילי בין סליל העוגן לסליל העירור(. זה למעשה סוג של משוב חיובי.

: מעגל התמורה לעירור מקבילי6איור

הסימנים :

VTמתח ביציאתו של הגנראטור - Eaכא"מ הנוצר בעוגן - Raההתנגדות האומית של העוגן -

Iaזרם במעגל העוגן - IFזרם במעגל העירור -

במעגל תמורה של גנראטור בעל עירור מקבילי ניתן לראות כי סליל העוגן וסליל העירור מחוברים ביניהם במקביל, כך שעל שניהם מוגדר מתח משותף שמהווה גם את מתח ההדקים )מתח העוגן( וגם את מתח העירור. הכא"מ המושרה הוא כמובן

פונקציה של זרם העירור. כאן הכא"מ המושרה משמש כמקור מתח התלוי בזרם העירור, אשר זורם דרך סליל בעירור . בעירור מקבילי מקובל לווסת את זרם העירור

המסומנת במעגלRAע"י חיבור נגד משתנה בטור לסליל העירור.התנגדות העירור היא למעשה התנגדות העירור הכוללת, המורכבת מהתנגדות3המתואר באיור מספר

סליל העירור בטור להתנגדות הנגד המשתנה שתפקידו כאמור לווסת את זרם העירור. שימוש בגנראטור מקבילי הוא ע"י ציר הגנראטור המסובב ע"י מנוע חיצוני – המניע

העיקרי.

: אין צורך במקור מתח לערור.יתרון

: עבור עומס גדול, כאשר הזרם בעוגן גדול, המתח בעוגן )על הדקי המכונה(חסרוןיורד, כלומר יורד גם זרם העירור. כלומר זרם העירור תלוי בזרם בעוגן.

כדי להקטין את ההפסדים מייצרים סלילי עירור עם התנגדות גבוהה מאוד.