Generatoren und Dynamos
Entwicklung und Geschichte der Komponente, die Elektrizität aus ersten kommerziell machbar
Dynamos und Generatoren wandeln mechanische Drehung in elektrische Energie.
Dynamo - ein Gerät, das elektrische Gleichstromleistung mit Elektromagnetismus macht. Es wird auch als ein Generator, aber der Begriff Generator normalerweise bezieht sich auf eine „Lichtmaschine“ bekannt, die Stromleistung erzeugt abwechselt.
Generator - normalerweise wird dieser Begriff verwendet, um einen Wechselstromgenerator zu beschreiben, die Macht Elektromagnetismus mit AC erzeugt.
1.) Wie es funktioniert:
Zuerst müssen Sie eine mechanische Energiequelle wie eine Turbine (angetrieben durch Wasser zu fallen), Windturbine, Gasturbine oder Dampfturbine. Eine Welle von einem dieser Vorrichtungen ist mit einem Generator verbunden Leistung zu machen.
Dynamos und Generatoren arbeiten mit den wilden komplexen Phänomenen des Elektromagnetismus. das Verhalten von Elektromagnetismus, ihre Felder und ihre Auswirkungen sind ein großes Thema der Studie zu verstehen. Es gibt einen Grund, warum es 60 Jahre dauerte AFTER Voltas ersten Batterie ein gutes leistungsstarken Dynamo zum Laufen zu bringen. Wir werden die Dinge einfach halten Sie von der Stromerzeugung zu dem interessanten Thema helfen einzuführen.
Im einfachsten Sinne ein Generator / Dynamo ist ein Magnet, während im Inneren des Einflusses von anderen Magneten das Magnetfeld dreht. Sie können nicht ein magnetisches Feld sehen, aber es ist oft dargestellt Flusslinien verwendet wird. In der obigen Abbildung Linien des magnetischen Flusses folgen würde, die von den Eisenspänen erstellt Linien.
Der Generator / dynamo besteht aus stationären Magneten (Stator) hergestellt, die ein starkes Magnetfeld erzeugen, und einem sich drehenden Magneten (Rotor), der Schnitte und durch die magnetischen Feldlinien des Stators verzerrt. Wenn der Rotor durch Magnetflusslinien schneidet macht es Strom.
Aufgrund Faradayschen Induktionsgesetzes, wenn Sie einen Draht nehmen und sie hin und her in einem Magnetfeld bewegen, schiebt das Feld auf Elektronen im Metall. Kupfer hat 27 Elektronen, die letzten beiden in der Umlaufbahn werden mit dem nächsten Atom leicht gedrückt. Diese Bewegung der Elektronen elektrischer Fluss.
Sehen Sie das Video unten zeigt, wie Strom in einem Draht induziert wird:
Wenn Sie viel Draht wie in einer Spule nehmen und es auf dem Feld verschieben, erstellen Sie eine leistungsstärkere „Flow“ von Elektronen. Die Stärke des Generators ist abhängig von:
„L“ -Länge des Leiters im Magnetfeld
„V“ -Velocity des Leiters (Drehzahl des Rotors)
„B“ -Stärke des elektromagnetischen Feldes,
Sie können Berechnungen mit dieser Formel: E = B x L x v
Sehen Sie das Video um all dies zu sehen, demonstriert:
Über die Magnete:
Oben: ein einfaches Elektromagnet bezeichnet als Magnet. Der Begriff „Magnet“ beschreibt tatsächlich die röhrenförmige Form durch den aufgewickelten Draht angelegt.
Die Magnete sind in der Regel nicht von natürlichen Magnetit oder einem Permanentmagneten hergestellt (es sei denn, es ist ein kleiner Generator), aber sie sind aus Kupfer oder Aluminium Draht um einen Eisenkern gewickelt. Jede Spule muss mit einer gewissen Kraft mit Energie versorgt werden, um es in einen Magneten zu machen. Diese Spule um Eisen ist ein Elektromagnet bezeichnet. Solenoids anstelle von natürlichem Magnetit, weil der Magnet ist viel mächtiger verwendet. Ein kleiner Elektromagnet kann ein sehr starkes Magnetfeld erzeugen.
Oben: Die Drahtspulen in den Generatoren isoliert werden müssen. Generatorausfall verursacht wird durch Temperaturen zu hoch stieg was zu einem Zusammenbruch der Isolierung und ein Kurzschluss zwischen dem zu parallelen Drähten. Erfahren Sie mehr über Drähte>
Ausdrücke:
Electromagnetism - Studium der Kräfte, die zwischen elektrisch geladenen Teilchen passieren
Rotor - Teil des Generators von Dynamo, der sich dreht
Anker - gleiche wie ein Rotor
Flux - die Linien der Stärke in einem magnetischen Feld, wird er in der Dichte, SI-Einheit der Weber gemessen
Stator - Magneten in einem Generator / dynamo die sich nicht bewegen, stellen sie das stationäre Magnetfeld
Solenoid - ein Magnet durch eine Drahtspule, die um einen Eisen / Ferris Kern geschaffen (Solenoideinrichtung technisch die Form dieses Magneten, aber Ingenieure beziehen sich auf Elektromagneten und Elektromagneten austauschbar.
Kollektors - Erfahren Sie mehr Details über sie hier
Drehmoment - Kraft in eine Rotationsbewegung
Sehen Sie auch unsere Seite auf Induktion.
der Dynamo
Dynamo ist ein älterer Begriff verwendet, um einen Generator zu beschreiben, die Gleichstromleistung macht. DC-Leistung sendet Elektronen nur in eine Richtung. Das Problem mit einem einfachen Generator ist, dass wenn sich der Rotor dreht es schließlich vollständig um dreht, die aktuelle umkehrt. Frühe Erfinder wussten nicht, was mit diesem Wechselstrom zu tun, Wechselstrom ist komplexer zu steuern und Design Motoren und Beleuchtung für. Frühe Erfinder hatten einen Weg finden, um nur die positive Energie des Generators zu erfassen, so erfanden sie einen Kollektor. Der Kommutator ist ein Schalter, der nur Strom ermöglicht, in eine Richtung zu fließen.
Sehen Sie das Video unten zu sehen, wie der Kollektor arbeitet:
Der Dynamo besteht aus 3 Hauptkomponenten. der Stator, der Anker und der Kommutator.
Der Stator ist eine feste Struktur, die Magnetfeld macht, können Sie dies in einem kleinen Dynamo mit einem Permanentmagneten tun. Große Dynamos erfordern einen Elektromagneten.
Der Anker ist von gewendelten Kupferwicklungen hergestellt, das im Innern des Magnetfeldes, das durch den Stator gebildet drehen. Wenn die Wicklungen bewegen, schneiden sie durch die Linien des Magnetfeldes. Dies erzeugt Impulse von elektrischem Strom.
Der Kollektor wird benötigt Gleichstrom zu erzeugen. In Gleichstrom-Energieströmen in nur eine Richtung durch einen Draht, besteht das Problem, dass der Drehanker in einem dynamo umkehrt Strom jede halbe Umdrehung, so dass der Kommutator ist ein Drehschalter, den die Stromversorgung während des umgekehrten Strom Teils des Zyklus trennt.
Da die Magnete in einer dynamoMagnete sind, müssen sie arbeiten mit Strom versorgt werden. So zusätzlich zu Bürsten, die tap Leistung an den Hauptstromkreis zu gehen, gibt es einen anderen Satz von Bürsten Strom aus von dem Anker zu nehmen, den Stator des Magneten anzutreiben. Das ist in Ordnung, wenn der Dynamo läuft, aber wie soll man anfängt einen Dynamo, wenn Sie keine Macht anfangen?
Manchmal bleibt der Anker etwas Magnetismus im Eisenkern, und, und wenn es zu drehen beginnt macht es eine kleine Menge an Energie, genug, um die Spulen in dem Stator zu erregen. Spannung beginnt dann zu steigen, bis der Dynamo bei voller Leistung ist.
Wenn es keinen Magnetismus in der Bügelanker links, als oft eine Batterie verwendet wird, um die Magnetventile in den Dynamo zu erregen, um es den ersten Schritten. Dies wird als „Feld blinkend“ genannt.
Unten in der Diskussion des Dynamos der Verdrahtung werden Sie feststellen, wie Strom durch die Spulen anders geleitet wird.
Es gibt zwei Möglichkeiten der Verdrahtung eines Dynamos: Serie Wunde und Shunt Wunde. Siehe die Diagramme, die die Differenz zu lernen.
Unten Video von einem kleinen, einfachen Dynamo ähnlich den Diagrammen oben (in den 1890er Jahren gebaut):
der Generator
Der Generator unterscheidet sich von dem Dynamo, dass sie Wechselstromleistung erzeugt. Elektronen fließen in beiden Richtungen in AC-Leistung in. Erst die 1890er Jahre, die Ingenieure herausgefunden hatte, wie leistungsstarke Motoren zu entwerfen, Transformatoren und anderen Geräten, die AC-Leistung in einer Weise nutzen könnten, die mit DC-Strom konkurrieren könnte.
Während der Wechselstromgenerator Kommutatoren verwendet, verwendet der Generator einen Schleifring mit Bürsten der Stromversorgung aus dem Rotor zu erschließen. An den Schleifring sind Graphit oder Kohlenstoff „Bürste“, die federbelastet sind die Bürsten auf den Ring zu drücken. Dies hält Leistung konsequent fließt. Bürsten erhalten zermürbt im Laufe der Zeit und müssen ersetzt werden.
Unten Video von Schleifringen und Bürsten, viele Beispiele von alten auf neue:
Seit der Zeit der Gramme in den 1860er Jahren wurde es herausgefunden, dass der beste Weg, um einen Dynamo / Generator zu bauen war Magnetspulen um einen großen Kreis zu arrangieren, mit einem breiten Spinn Anker. Dies sieht anders aus als die einfachen kleinen Dynamo Beispiele, die Sie im Unterricht verwendet sehen, wie die Geräte funktionieren.
Auf dem Foto unten Sie werden eindeutig eine Spule auf dem Anker sehen (der Rest für die Wartung entfernt wurde) und andere in den Stator eingebaut Spulen.
Von den 1890er Jahren bis heute 3-Phasen-Wechselstrom die Standardform der Macht gewesen. Drei Phasen werden durch die Gestaltung des Generators.
Um einen Drei-Phasen-Generator machen Sie eine bestimmte Anzahl von Magneten auf dem Stator und den Anker zu legen, die alle mit dem richtigen Abstand. Electromagnetism ist so komplex wie der Umgang mit Wellen und Wasser, so dass Sie müssen wissen, wie das Feld durch Ihr Design zu steuern. Probleme sind zu haben Ihre Magneten an den Eisenkern, falsche Berechnungen der Verzerrung des Magnetfeldes ungleichmäßig angezogen (je schneller dreht es, desto mehr wird das Feld verzerrt), unecht Widerstands in den Ankerspulen und eine Vielzahl von anderen möglichen Problemen.
Warum 3-Phasen? wenn Sie mehr über Phasen wissen wollen, und warum verwenden wir 3 Phasen, siehe unser Video mit Kraftübertragung Pionier Lionel Barthold.
2.) Eine kurze Geschichte der Dynamos und Generatoren:
Der Generator entwickelte sich aus der Arbeit von Michael Faraday und Joseph Henry in den 1820er Jahren. Sobald diese beiden Erfinder, die Phänomene der elektromagnetischen Induktion entdeckt und dokumentiert, es von anderen in Europa und Nordamerika zu Experimenten führen.
1832 - Hippolyte Pixii (Frankreich) baute den ersten Dynamo einen Kollektor, sein Modell erstellt Impulse von Strom durch keinen Strom getrennt werden. Er hat auch durch Zufall schaffte den ersten Wechselstromgenerator. Er wusste nicht, was mit dem sich ändernden Strom zu tun, er auf den Versuch konzentriert, um die Wechselstrom zu beseitigen Gleichstrom zu bekommen, dies führte ihn den Kollektor zu schaffen.
1830s-1860s - Der Akku ist immer noch der beste Weg, Strom für die verschiedenen Experimente geht in dieser Zeit zu liefern. Der Strom war noch nicht rentabel. Eine batteriebetriebene elektrische Zug von Washington DC nach Baltimore gescheitert, eine Brutto Verlegenheit auf das neue Gebiet der Elektrizität zu beweisen. Nach Millionen von Dollar verschwendet Dampf bewährt immer noch eine bessere Energiequelle sein. Strom noch zuverlässig und wirtschaftlich rentabel sein, um zu beweisen, benötigt.
1860 - Antonio Pacinotti - ein Dynamo Erstellt, die eine kontinuierliche Gleichstromleistung zur Verfügung gestellt
1867 - Werner von Siemens und Charles Wheatstone schaffen einen leistungsfähigeren, nützlichen Dynamo, die einen selbstbetriebenen Elektromagnet im Stator anstelle des schwachen Permanentmagneten verwendet.
1871 - löste Zenobe Gramme die kommerzielle Revolution von Elektrizität. Er füllte das Magnetfeld mit einem Eisenkern, der einen besseren Weg für den magnetischen Fluss gemacht. Dies erhöht die Leistung des Dynamos zu dem Punkt waren, war es verwendbar für viele kommerzielle Anwendungen.
1870er Jahre - Es gab eine Explosion reichten von neuen Design in Dynamo, entwirft eine wilde Auswahl, nur wenige stachen wie in Effizienz überlegen zu sein.
1876 - Charles F. Brush (Ohio) entwickelt, um die effizientesten und zuverlässigsten Dynamo Design immer zu diesem Punkt. Seine Erfindungen wurden durch die Telegraph Supply Company verkauft.
1877 - The Franklin Institute (Philadelphia) führt Test auf Dynamos aus der ganzen Welt. Werbung von diesem Ereignis Sporne Entwicklung von anderen wie Elihu Thomson. Lord Kelvin, und Thomas Edison.
1878 - Die Firma Ganz beginnt AC-Generatoren in kleinen kommerziellen Installationen in Budapest zu verwenden.
1880 - Charles F. Brush hatte über 5000 Bogenlampen in Betrieb, weit 80 Prozent aller Lampen Welt darstellt. Die wirtschaftliche Macht der elektrischen Zeitalter hatte begonnen.
Oben: Siemens AC in London verwendeten Generatoren in den USA Edison im Jahr 1885, waren nur ungern in das Wechselstromfeld zu springen, während in Europa die Technologie schnell entwickelt.
1891 - Drei-Phasen-Wechselstrom beweist das beste System für Energieerzeugung und -verteilung auf der Internationalen Elektrotechnischen Ausstellung in Frankfurt.
Der Drehstromgenerator entworfen von Mikhail Dolivo-Dobrovsky auf der Ausstellung verwendet wird, auf der linken Seite gesehen.
1892 - Charles P. Steinmetz präsentiert sein Papier in die AIEE auf Hysterese. Steinmetz Verständnis der Mathematik der AC-Leistung wird veröffentlicht und hilft Netzsystemdesign revolutionieren, darunter große AC-Generatoren.
1890 - Generator Design schnell dank kommerziellen Vertrieb verbessert und verfügbares Geld für die Forschung. Westinghouse, Siemens, Oerlikon und General Electric der stärksten Generatoren weltweit entwickeln. Einige Generatoren arbeiten noch 115 Jahre später. (Mechanicville, NY)
Oben: 1894 Elihu Thomson viele AC-Generatoren für General Electric entwickelt
Mechanicville Generatoren mit Geschichte erklärt (1897), entworfen von AC Vordenker Charles P. Steinmetz
Westinghouse Generator (1905) konstruiert und getestet, entworfen von Oliver Shallenberger, Tesla und anderen an Westinghouse.
1895 Frühe leistungsstarke Generatoren in Folsom, CA (entworfen von Elihu Thompson, Dr. Louis Bell und andere bei GE) verwendet
1891 Generator produziert von Oerlikon für die Internationale Elektrotechnische Ausstellung (entworfen von Dobrowolski in Deutschland)
Quellen:
-Die General Electric Story - The Hall of History. Schenectady, NY 1989 Second Edition
-Wikipedia (Generatoren, Charles Brush)
-Wikipedia (Commutator)
-Principals of Electricity - von General Electric
-Geschichte von AC Leistung - Edison Tech Center
-Hawkins Elektrische Führer
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