Γεννήτριες ΣΡ Κινητήρες ΣΡ

Γεννήτριες ΣΡ Κινητήρες ΣΡ

- Στοιχειώδεις Ηλεκτρικές Μηχανές Επαγωγή λέγεται το φαινόμενο κατά το οποίο αναπτύσσεται ΗΕΔ: a. Στα άκρα αγωγού όταν αυτός κινείται με ταχύτητα υ μέσα σε μαγνητικό πεδίο επαγωγής Β Το μέτρο τότε αυτής της ΗΕΔ δίνεται από τον τύπο: EE = BB ll υυ ηηηηηη Β: το μέτρο του διανύσματος της μαγνητικής επαγωγής του πεδίου l: το μήκος του αγωγού που βρίσκεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο υ: η ταχύτητα κίνησης του αγωγού φ: η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ αγωγού και μαγνητικών γραμμών

Η φορά της ΗΕΔ βρίσκεται πρακτικό τρόπο που λέγεται κανόνας δεξιού χεριού Κατ αυτόν, ο δείκτης, ο αντίχειρας και το υπόλοιπο μέρος του χεριού σχηματίζουν τρισορθογώνιο άξονα. Πιο συγκεκριμένα: ο δείκτης δείχνει τη φορά της μαγνητικής επαγωγής (Β) ο αντίχειρας δείχνει τη φορά κίνησης του αγωγού (υ) το υπόλοιπο μέρος δείχνει τη φορά της ΗΕΔ (Ε)

Περιπτώσεις: 1. Ο αγωγός κινείται κάθετα τοποθετημένος στις μαγνητικές γραμμές του πεδίου. Τότε: ΕΕ = ΒΒ ll υυ = max γιατί φφ = 90 οο και ηηηηηη = 1 ηµϕ = 0 2. Ο αγωγός κινείται παράλληλα τοποθετημένος στις μαγνητικές γραμμές του πεδίου. Τότε: Ε=0, γιατί φφ = 0 οο ή 180 οο και ηηηηηη = 0 Το φαινόμενο στο οποίο αναπτύσσεται ΗΕΔ στα άκρα αγωγού που κινείται μέσα σε μαγνητικό πεδίο αποτελεί το φαινόμενο της γεννήτριας

b. ΗΕΔ αναπτύσσεται και στα άκρα ακίνητου αγωγού που βρίσκεται μέσα σε κινούμενο ή στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Η περίπτωση αυτή είναι ακριβώς ίδια με την προηγούμενη του κινούμενου αγωγού μέσα στο μαγνητικό πεδίο και η ΗΕΔ που αναπτύσσεται στα άκρα του αγωγού δίνεται από τον ίδιο τύπο όπως και προηγουμένως c. ΗΕΔ αναπτύσσεται στα άκρα πηνίου όταν μεταβάλλεται η μαγνητική ροή που διαπερνά τις σπείρες του, δηλαδή μεταβάλλεται η μαγνητική ροή στο εσωτερικό του (λειτουργία Μ/Σ).

Αν κάποιος αγωγός που διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι τοποθετηθεί μέσα σε μαγνητικό πεδίο, τότε σε αυτό εξασκείται κάποια δύναμη F Το μέτρο αυτής της δύναμης υπολογίζεται = B I l ηµϕ από τη σχέση: FF = BB II ll ηηηηηη Β: το μέτρο του διανύσματος της μαγνητικής επαγωγής Ι: η ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον αγωγό l:το μήκος του ρευματοφόρου αγωγού που βρίσκεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο φ: η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ αγωγού και μαγνητικών γραμμών

Η διεύθυνση της δύναμης είναι κάθετη στο επίπεδο που ορίζει ο ρευματοφόρος αγωγός με τις μαγνητικές γραμμές Η φορά της δύναμης βρίσκεται με πρακτικό τρόπο, τον κανόνα του δεξιού χεριού Πιο συγκεκριμένα: ο δείκτης δείχνει τη φορά της μαγνητικής επαγωγής (Β) αντίχειρας δείχνει τη φορά του ρεύματος (Ι) το υπόλοιπο μέρος δείχνει τη φορά της δύναμης (F)

Περιπτώσεις: 1. Ο ρευματοφόρος αγωγός να βρίσκεται ηµϕ = 0 κάθετα τοποθετημένος στις μαγνητικές γραμμές του πεδίου. Τότε: FF = BB ll II(= max) γιατί φφ = 90 οο και ηηηηηη = 1 2. Ο ρευματοφόρος αγωγός να βρίσκεται παράλληλα τοποθετημένος στις μαγνητικές γραμμές του πεδίου. Τότε: FF = 0, γιατί φφ = 0 oo ή 180 oo και ηηηηηη = 0 Το φαινόμενο στο οποίο δημιουργείται δύναμη που κινεί ρευματοφόρο αγωγό μέσα σε μαγνητικό πεδίο, αποτελεί το φαινόμενο του κινητήρα

Την απλή περίπτωση του αγωγού που αναλύθηκε προηγουμένως στις περιπτώσεις ηλεκτρικών μηχανών, αποτελεί ένα ειδικά διαμορφωμένο σύστημα αγωγών με τη μορφή πλαισίου Το σχήμα του είναι ορθογώνιο παραλληλόγραμμο και θα ονομάζεται πλαίσιο Θεωρείται ότι παρουσιάζει ηλεκτρική συνέχεια, δυνατότητα εύκολης σύνδεσης των άκρων του και δυνατότητα περιστροφής Τα τμήματα του πλαισίου που κατά την περιστροφή του τέμνουν τις μαγνητικές γραμμές του πεδίου, ονομάζονται ενεργοί αγωγοί

Στοιχειώδης γεννήτρια Μια στοιχειώδης γεννήτρια αποτελείται από: κατάλληλο μαγνήτη που δημιουργεί ομογενές μαγνητικό πεδίο μεταξύ των πόλων του πλαίσιο που στηρίζεται σε άξονα που έχει τη δυνατότητα να περιστρέφεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο των πόλων με σταθερή γωνιακή ταχύτητα (ω)

Στοιχειώδης γεννήτρια Η λειτουργία της στηρίζεται στη δημιουργία ΗΕΔ στους ενεργούς αγωγούς ΑΒ και ΓΔ του πλαισίου όταν αυτό περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα εντός του μαγνητικού E = 2 Bl ω r ηµϕ πεδίου Η φορά της ΗΕΔ βρίσκεται με τον κανόνα του δεξιού χεριού Επειδή τα τμήματα ΑΒ και ΓΔ βρίσκονται σε σειρά, η συνολική ΗΕΔ στα άκρα του πλαισίου είναι: EE = EE AAAA + EE ΓΓΓΓ EE = BB ll υυ ηηηηηη + BB ll υυ ηηηηηη = 2 BB ll υυ ηηηηηη Αντικαθιστώντας τη γραμμική ταχύτητα: υυ = ωω rr ω: γωνιακή ταχύτητα r: η ακτίνα του πλαισίου Άρα: EE = 2 BB ll ωω rr ηηηηηη

Στοιχειώδης γεννήτρια Θέτοντας 2 BB ll rr ωω = EE max προκύπτει η τελική μορφή της ΗΕΔ: ee = EE max ηηηηηη Από την τελευταία σχέση είναι προφανές πως η ΗΕΔ που εμφανίζεται στα άκρα του περιστρεφόμενου πλαισίου εξαρτάται από τη θέση που λαμβάνει αυτό μέσα στο μαγνητικό πεδίο και εκφράζεται από τη συναρτησιακή σχέση: EE = ff φφ Η μορφή της παραπάνω καμπύλης διαπιστώνεται με τη μελέτη των χαρακτηριστικών θέσεων του πλαισίου μέσα στο μαγνητικό πεδίο της στοιχειώδους γεννήτριας

Στοιχειώδης γεννήτρια

Στοιχειώδης γεννήτρια Πιο συγκεκριμένα: Θέση 1: Το επίπεδο του πλαισίου είναι παράλληλο στις μαγνητικές γραμμές, επομένως: φφ = 0 οο και ηηηη0 οο = 0.Άρα: ee = EE max ηηηη0 οο = 0 Θέση 2: Το επίπεδο του πλαισίου είναι κάθετο στις μαγνητικές γραμμές, επομένως: φφ = 90 οο και ηηηη90 οο = 1.Άρα: ee = EE max ηηηη90 οο = EE max Θέση 3: Το επίπεδο του πλαισίου είναι παράλληλο στις μαγνητικές γραμμές, επομένως: φφ = 180 οο και ηηηη180 οο = 0.Άρα: ee = EE max ηηηη180 οο = 0 Θέση 4: Το επίπεδο του πλαισίου είναι κάθετο στις μαγνητικές γραμμές, επομένως: φφ = 270 οο και ηηηη270 οο = 1.Άρα: ee = EE max ηηηη270 οο = EE max Θέση 5: Το επίπεδο του πλαισίου είναι κάθετο στις μαγνητικές γραμμές, επομένως: φφ = 360 οο και ηηηη360 οο = 0.Άρα: ee = EE max ηηηη360 οο = 0

Η μορφή της καμπύλης είναι ημιτονική και από αυτή συμπεραίνουμε ότι στο εσωτερικό της στοιχειώδους γεννήτριας δημιουργήθηκε εναλλασσόμενη τάση

Η εμφάνιση του αποτελέσματος της ΗΕΔ που παράγεται από στοιχειώδη γεννήτρια γίνεται αντιληπτό με τη δημιουργία βρόχου ηλεκτρικού κυκλώματος μεταξύ του πλαισίου και μιας συγκεκριμένης τιμής κατανάλωσης σε αυτό Ο τρόπος σύνδεσης της κατανάλωσης στα άκρα του πλαισίου παρέχει τη δυνατότητα παραγωγής: 1. εναλλασσόμενου ρεύματος (ΕΡ ή AC) 2. συνεχούς ρεύματος (ΣΡ ή DC) Η παραλαβή του εναλλασσόμενου ρεύματος από μία στοιχειώδη γεννήτρια πραγματοποιείται με τη χρησιμοποίηση κατάλληλου συστήματος δύο μεταλλικών πλακών διαμόρφωσης δακτυλιδιών

Αυτά τα δακτυλίδια: συνδέονται το καθένα με τα άκρα του πλαισίου στηρίζονται στο ένα άκρο του άξονα οπότε περιστρέφονται με αυτόν είναι μονωμένα μεταξύ τους και ως προς τον άξονα εφάπτονται με δύο τεμάχια ένα το καθένα ειδικά κατασκευασμένου ηλεκτραγώγιμου άνθρακα. Τα τεμάχια αυτά του ηλεκτραγώγιμου άνθρακα έχουν προσαρμοσμένο αγωγό, στο αντίθετο της επαφής τους μέρος και αποτελούν τις ψήκτρες Τα ελεύθερα άκρα των αγωγών των ψηκτρών συνδέονται με τα άκρα των αγωγών της κατανάλωσης που πρόκειται να τροφοδοτηθεί με το εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται Η φορά της έντασης του ρεύματος μέσα από την κατανάλωση προσδιορίζεται από τις θέσεις του στρεφόμενου πλαισίου

Πιο συγκεκριμένα: Θέση α: Στους αγωγούς ΑΒ και ΓΔ δημιουργούνται οι ΗΕΔ ΕΑΒ και ΕΓΔ αντίστοιχα, με φορές αυτές του σχήματος που ακολουθεί

Θεωρούμε θετική την ψήκτρα ψ1, από την οποία εξέρχεται η ΗΕΔ και αρνητική την ψήκτρα ψ2, στην οποία εισέρχεται η ΗΕΔ Άρα το ρεύμα μέσα από την αντίσταση έχει φορά από την ψήκτρα ψ1 προς την ψήκτρα ψ2 Θέση β: Στους αγωγούς ΔΓ και ΑΒ δημιουργούνται οι ΗΕΔ ΕΔΓ και ΕΑΒ αντίστοιχα, με φορές αυτές του σχήματος που ακολουθεί

Τώρα η ψήκτρα ψ2 είναι θετική και η ψ1 αρνητική Άρα το ρεύμα μέσα από την αντίσταση έχει φορά από την ψήκτρα ψ2 προς την ψήκτρα ψ1, δηλαδή αντίθετη φορά από την προηγούμενη i = I ηµϕ Συνεπώς, η φορά του ρεύματος που διαρρέει την ωμική κατανάλωση R, εναλλάσσεται ανάλογα με τη θέση που λαμβάνει το στρεφόμενο πλαίσιο μέσα στο μαγνητικό πεδίο. Η μεταβολή αυτή είναι ημιτονοειδής όπως και της ΗΕΔ που το προκάλεσε και ακολουθεί τη μεταβολή που ορίζει η σχέση: ii = II max max ηηηηηη

Παραγωγή συνεχούς ρεύματος (ΣΡ ή DC) Η παραλαβή τους συνεχούς ρεύματος από μια στοιχειώδη γεννήτρια πραγματοποιείται με τη χρησιμοποίηση κατάλληλου συστήματος (2 για τη συγκεκριμένη περίπτωση) μεταλλικών πλακών διαμόρφωσης ημιδακτυλίων, που λέγονται τομείς. Η διάταξη των τομέων συνολικά λέγεται συλλέκτης. Οι τομείς του συλλέκτη: συνδέονται ο καθένας με τα άκρα του πλαισίου στηρίζονται στο ένα άκρο του άξονα οπότε περιστρέφονται με αυτόν είναι μονωμένοι μεταξύ τους και μονωμένοι ως προς τον άξονα εφάπτονται με τεμάχια ειδικά κατασκευασμένου ηλεκτραγώγιμου άνθρακα (ψήκτρες)

Παραγωγή συνεχούς ρεύματος (ΣΡ ή DC) Τα δύο άκρα των αγωγών των ψηκτρών συνδέονται με τα άκρα των αγωγών της ακίνητης κατανάλωσης που πρόκειται να τροφοδοτηθεί με το συνεχές ρεύμα το οποίο παράγεται Η φορά του ρεύματος προσδιορίζεται από τη θέση του περιστρεφόμενου πλαισίου μέσα στο μαγνητικό πεδίο Θέση α: στους αγωγούς ΑΒ και ΓΔ δημιουργούνται οι ΗΕΔ ΕΑΒ και ΕΓΔ

Παραγωγή συνεχούς ρεύματος (ΣΡ ή DC) Θεωρούμε θετική την ψήκτρα ψ1 από την οποία εξέρχεται η ΗΕΔ και αρνητική την ψ2 στην οποία εισέρχεται Άρα το ρεύμα έχει φορά από την ψήκτρα ψ1 προς την ψήκτρα ψ2 Θέση β: στους αγωγούς ΔΓ και ΑΒ δημιουργούνται οι ΗΕΔ ΕΔΓ και ΕΑΒ

Παραγωγή συνεχούς ρεύματος (ΣΡ ή DC) Τώρα η ψήκτρα ψ1 είναι πάλι θετική και η ψήκτρα ψ2 πάλι αρνητική Άρα το ρεύμα μέσα από την κατανάλωση έχει και πάλι φορά από την ψήκτρα ψ1 προς την ψήκτρα ψ2 Συνεπώς, η φορά του ρεύματος που διαρρέει την ωμική κατανάλωση R διατηρείται σταθερή ανεξάρτητα από τη θέση του περιστρεφόμενου πεδίου μέσα στο μαγνητικό πεδίο

Παραγωγή συνεχούς ρεύματος (ΣΡ ή DC) Το ρεύμα αυτό ονομάζεται ως ανορθωμένο Για να μειωθεί η κυμάτωση του και να λάβει τη θεωρητική μορφή του συνεχούς ρεύματος, στις πραγματικές γεννήτριες συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούνται πολλά πλαίσια που αποτελούν το τύλιγμα του δρομέα και τα άκρα τους συνδέονται στο συλλέκτη που αποτελείται και αυτός πλέον από πολλούς τομείς Έτσι, ο συλλέκτης των γεννητριών ΣΡ ανορθώνει το εναλλασσόμενο ρεύμα που διαρρέει το τύλιγμα του δρομέα τους σε συνεχές ρεύμα, το οποίο διαρρέει την κατανάλωση

Στοιχειώδης κινητήρας Ένας στοιχειώδης κινητήρας αποτελείται από: κατάλληλο μαγνήτη που δημιουργεί ομογενές μαγνητικό πεδίο μεταξύ των πόλων του ρευματοφόρο πλαίσιο που στηρίζεται σε άξονα και έχει τη δυνατότητα να περιστρέφεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο

Στοιχειώδης κινητήρας Η λειτουργία του στοιχειώδους κινητήρα βασίζεται στο φαινόμενο Laplace, κατά το οποίο αναπτύσσονται ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις στους ενεργούς F αγωγούς ΑΒ και ΓΔ του ρευματοφόρου = B I lπλαισίου, το οποίο βρίσκεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο Η φορά της δύναμης που εξασκείται σε κάθε ενεργό αγωγό βρίσκεται με τον κανόνα του δεξιού χεριού Επειδή τα τμήματα ΑΒ και ΓΔ απέχουν σταθερή απόσταση μεταξύ τους, οι ίσες δυνάμεις που εξασκούνται σ αυτά αποτελούν ζεύγος δυνάμεων Αυτό το ζεύγος περιστρέφει τελικά το ρευματοφόρο πλαίσιο αναπτύσσοντας ροπή στρέψης που δίνεται από τη σχέση: TT = FF dd ή TT = 2 FF rr F: η δύναμη Laplace (FF = BB II ll) d: η απόσταση των αγωγών του πλαισίου r: η ακτίνα του πλαισίου

Στοιχειώδης κινητήρας Η αλλαγή της φοράς περιστροφής του πλαισίου του στοιχειώδους κινητήρα γίνεται: όταν αλλάξουμε τη φορά του ρεύματος που διαρρέει το πλαίσιο, διατηρώντας όμως την πολικότητα των πόλων του σταθερή όταν αλλάξουμε την πολικότητα των πόλων του, διατηρώντας όμως σταθερή τη φορά του ρεύματος που διαρρέει το πλαίσιο Αν αλλάξουμε ταυτόχρονα και τη φορά του ρεύματος αλλά και την πολικότητα των πόλων, η φορά περιστροφής του κινητήρα διατηρείται σταθερή

Δυνάμεις πέδησης γεννήτριας Οι ενεργοί αγωγοί του στρεφόμενου πλαισίου της στοιχειώδους γεννήτριας, είναι πλέον ρευματοφόροι, γεγονός που έχει ως συνέπεια: να βρίσκονται μέσα στο μαγνητικό πεδίο να δημιουργούνται σε αυτούς δυνάμεις Laplace που αποτελούν τις δυνάμεις πέδησης αυτής Οι δυνάμεις αυτές, που αποτελούν ζεύγος, προκαλούν ροπή στρέψης με φορά αντίθετη από αυτή της περιστροφής του πλαισίου. Η ροπή στρέψης αυτή, λόγω της φοράς της, χαρακτηρίζεται ως αντιροπή στρέψης

Δυνάμεις πέδησης γεννήτριας

Δυνάμεις πέδησης γεννήτριας Κατά τη λειτουργία της στοιχειώδους γεννήτριας η τιμής της ΗΕΔ που δημιουργείται στο στρεφόμενο πλαίσιο πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την εμφανιζόμενη πτώση τάσης (U) στην αντίσταση του φορτίου (R). Δηλαδή: Ε>U Αυτή η σχέση αποτελεί τη συνθήκη συμπεριφοράς μίας στοιχειώδους ηλεκτρικής μηχανής ως γεννήτριας Οι δυνάμεις πέδησης φρενάρουν την ταχύτητα περιστροφής της ηλεκτρικής μηχανής - γεννήτριας

Αντιηλεκτρεγερτική δύναμη (ΑΗΕΔ) κινητήρα Η περιστροφή του ρευματοφόρου πλαισίου του στοιχειώδους κινητήρα έχει ως συνέπεια οι ενεργοί του: να τέμνουν τις μαγνητικές γραμμές του πεδίου, και να δημιουργείται σ αυτούς μια ΗΕΔ από επαγωγή, που η φορά της είναι αντίθετη προς τη φορά του ρεύματος που διαρρέει το πλαίσιο Η ΗΕΔ αυτή λόγω της φοράς της χαρακτηρίζεται ως αντιηλεκτρεγερτική δύναμη, ή ΑΗΕΔ

Αντιηλεκτρεγερτική δύναμη (ΑΗΕΔ) κινητήρα

Αντιηλεκτρεγερτική δύναμη (ΑΗΕΔ) κινητήρα Κατά τη λειτουργία του στοιχειώδους κινητήρα η τάση (U) της πηγής τροφοδοσίας του ρευματοφόρου πλαισίου, πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την ΑΗΕΔ Εα που δημιουργείται σε αυτό. Δηλαδή: U>Εα Η παραπάνω σχέση αποτελεί τη συνθήκη συμπεριφοράς μιας στοιχειώδους ηλεκτρικής μηχανής ως κινητήρα