Zdroje proudu – generátory I

1. Zdroje proudu – generátory I Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. František Kocián Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

2. Charakteristika DUM

3. Zdroje proudu – generátory I Náplň výuky Konstrukce dynam Druhy dynam Stator Rotor Komutátor Reakce kotvy Regulace napětí

4. Dynamo – točivý elektrický stroj, přeměňující mechanickou energii z rotoru hnacího stroje na elektrickou energii ve formě stejnosměrného elektrického proudu. Jedná se tedy o stejnosměrný elektrický generátor. Skládá ze statoru tvořeného magnetem nebo elektromagnetem a rotoru s vinutím a komutátorem. Konstrukčně je tedy podobné stejnosměrnému elektromotoru používanému k opačnému účelu Konstrukce dynam Obr. 1. Konstrukce dynam

5. Podle způsobu zapojení statoru dělíme dynama na: • dynamo s permanentním magnetem • dynamo s cizím buzením – typicky v průmyslové výrobě elektrického • proudu. Budící proud zajišťovalo jiné menší dynamo • derivační dynamo (budící vinutí zapojeno paralelně se zátěží) – vhodné • pro malé proudové odběry • sériové dynamo (budící vinutí zapojeno sériově se zátěží) • kompaundní dynamo – kombinace derivačního a sériového dynama. • Jednalo se o běžný typ v dopravě a u strojů, kde je velmi proměnlivá • zátěž. Sériové vinutí statoru zajišťuje dostatečné buzení při malé • impedanci zátěže, derivační vinutí při velké impedanci. Druhy dynam

6. Dynamo s cizím buzením – typicky v průmyslové výrobě elektrického • proudu. Budící proud zajišťovalo jiné menší dynamo • Sériové dynamo (budící vinutí zapojeno sériově se zátěží) Druhy dynam Obr. 2: Schéma dynama s cizím buzením Obr. 3: Schéma sériového dynama

7. Stator – tvoří část magnetického obvodu. Bývá vyroben z magneticky měkké oceli nebo je složen z elektrotechnických plechů. Ke statoru se upevňují hlavní a pomocné póly a většinou i sběrací ústrojí. Moderní stroje mají hlavní i pomocné póly složeny z plechů. Na jádrech hlavních pólů jsou nasazeny cívky budicího vinutí, které jsou napájeny stejnosměrným proudem. Stator Obr. 4: Stator motocyklového dynama

8. Rotor (kotva) – je složen ze vzájemně odizolovaných plechů a v jeho drážkách je uloženo pracovní vinutí. Rotor se kvůli zmenšení ztrát vyrábí z elektrotechnických izolovaných plechů tloušťky 0,5 mm. Má tvar válce a na svém hřídeli má umístěn komutátor. Vývody cívek rotorového vinutí, které je uloženo v drážkách rotoru, jsou připájeny k lamelám komutátoru. Rotor Obr. 5: Rotor motocyklového dynama

9. Komutátor – je složen z měděných, vzájemně odizolovaných lamel. K odizolování lamel se používá obvykle mikanit. Počet lamel je stejný jako počet cívek pracovního vinutí. Má funkci usměrňovače, protože střídavé napětí indukované v rotorovém vinutí mění na stejnosměrné napětí. Ke každé lamele vedou vodiče dvou různých cívek. Celé vinutí rotoru je přes komutátor propojeno. Čím více lamel komutátor má, tím je výstupní stejnosměrné napětí stabilnější (tím je méně zvlněné). Uhlíkové kartáče dosedají na lamely komutátoru. Jsou upevněny v držácích, které umožňují nastavení správné polohy. Kartáčů je tolik, kolik má dynamo hlavních pólů. Komutátor Obr. 6: Komutátor

10. Činnost komutátoru (komutace) – v magnetickém poli se otáčí závit a v něm se indukuje napětí. Připojíme-li závit ke dvěma polovinám kroužku (lamelám), u kterých jsou připojeny kartáče, získáme stejnosměrný proud. Kartáče se nepohybují a záporný kartáč je stále spojen s vodičem, který prochází pod severním pólem. Kladný kartáč je neustále připojen k vodiči procházejícímu pod jižním pólem. Následkem toho tedy od kartáčů prochází proud stále stejným směrem. Získáváme stejnosměrný proud. Při komutaci dochází v cívce ke změně směru proudu (následek otáčení rotoru). Pro zlepšení komutace se mezi hlavní póly ještě umisťují úzké pomocné póly s komutačním vinutím. Komutátor Obr. 7: Činnost komutátoru

11. Reakce kotvy – Prochází-li vodiči kotvy proud, vytvoří se magnetické pole kotvy, • které je kolmé na pole magnetů. Pole kotvy je závislé na velikosti proudu • kotvy a jeho působení. Příčný magnetický tok kotvy deformuje a zeslabuje • magnetický tok hlavních magnetů. Neutrální osa, která je při chodu • naprázdno v příčném směru, se při zatížení vysunuje z tohoto směru, ve • směru otáčení kotvy. Aby kartáče na komutátoru nejiskřily, je nutné osu • kartáčů posunout do neutrální osy zatíženého stroje. U menších dynam • jiskření zmenšujeme jen posunutím kartáčů do neutrální polohy při • zatížení. U větších dynam se provádí kompenzace použitím • kompenzačního vinutí, které je uloženo na pólových nádstavcích • umístěných mezi hlavními póly. Aby magnetické toky reakce kotvy • a kompenzace byly stejné při všech zatíženích, musí se vinutí komutačních • pólů budit zatěžovacím proudem kotvy, tj. zapojit je v sérii. Reakce kotvy

12. Reakce kotvy – Prochází-li vodiči kotvy proud, vytvoří se magnetické pole kotvy, • které je kolmé na pole magnetů. Pole kotvy je závislé na velikosti proudu • nezatížení dynamo • zatížené dynamo Reakce kotvy Obr. 8 : Reakce kotvy

13. Regulace napětí –Jmenovité napětí u běžných nabíjecích dynam pro dopravní prostředky bývá 6 V, 12 V nebo 24 V. Regulace napětí se provádí změnou velikosti budícího proudu, které se dosahuje pomocí rezistoru, zařazeného v budícím obvodu. Regulační relé Jak je patrné z obr. 9, napětí dynama se mění jak se zatížením dynama, tak s otáčkami. Nezbytným doplňkem dynama je regulační relé, které obstarává tyto tři funkce: a) Reguluje napětí, tj. pracuje tak, aby všechny spotřebiče dostávaly napětí měnící se jen v úzkých mezích, i když otáčky dynama a jeho zatížení se mění ve velkém rozmezí a i když se mění teplota dynama. b) Omezuje proud dodávaný dynamem tak, aby nepřestoupil určitou maximální hodnotu, protože jinak by se mohlo poškodit vinutí dynama c) Připojujesamočinně dynamo k akumulátoru a tím i ke všem spotřebičům,teprve když napětí UG dynama dosáhne vhodné velikosti. Klesne-li UG na hodnotu nižší než je napětí akumulátoru, odpojí regulační relé samočinně dynamo od akumulátoru a od spotřebičů. . Regulace napětí

14. Regulace napětí – Všechny regulační cívky pracují na stejném principu, jakmile přesáhne sledovaná veličina (napětí nebo proud) mezní hodnotu, je proveden zásah do budicího obvodu a hlídaná veličina se vrátí do požadovaných mezí. Regulace napětí Obr. 9: Schéma zapojení trojcívkového regulačního relé

15. Kontrolní otázky: Jakou funkci má komutátor? Usměrňuje střídavé napětí Žádnou Pracuje jako měnič frekvence Jakým způsobem regulujeme výstupní napětí dynama? Neregulujeme Velikostí budícího proudu Odběrem proudu Obsahuje rotor dynama komutátor? Ne Ano Není podmínkou

16. Kontrolní otázky – řešení: Jakou funkci má komutátor? Usměrňuje střídavé napětí Žádnou Pracuje jako měnič frekvence Jakým způsobem regulujeme výstupní napětí dynama? Neregulujeme Velikostí budícího proudu Odběrem proudu Obsahuje rotor dynama komutátor? Ne Ano Není podmínkou

17. Seznam obrázků: Obr. 1: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel I, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-05-6. Obr. 2: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel II, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0. Obr. 3: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel II, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0. Obr. 4: [vid. 15. 5. 2013] dostupné http://www.google.cz/search?hl=cs&site=imghp&tbm=isch&source=hp&biw=1280&bih=847&q=stator+dynama&oq=stator+dynama Obr. 5: [vid. 15. 5. 2013], dostupné z: http://sudetenjawa.wz.cz/dilna.htm Obr. 6: [vid. 15. 5. 2013] dostupné z: http://www.google.cz/search?hl=cs&site=imghp&tbm=isch&source=hp&biw=1280&bih=847&q=stator+dynama&oq=stator+dynama Obr. 7: [vid. 15. 5. 2013] dostupné z: http://www.energyweb.cz/web/index.php?display_page=2&subitem=1&ee_chapter=5.2.3

18. Seznam obrázků: Obr. 8: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel I, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-05-6. Obr. 9: ŠŤASTNÝ, J.,REMEK, B., Autoelektrikaa autoelektronika, Praha, T. Malina 1994 ISBN 80- 900759-6-7

19. Seznam použité literatury: [1] JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel II, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0 [2] ŠŤASTNÝ, J. a REMEK, B., Autoelektrika a autoelektronika, Praha, Nakladatelství T. Malina, 1994, ISBN 80-900759-6-7 [3] KUČERA, V., Elektrotechnika motorových vozidel, SNTL, Praha, 1976 [4] Wikipedie: Dynamo [online]. [cit 7.5. 2013]. Dostupný z: http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Dynamo&oldid=10419152

20. Děkuji za pozornost 