Zdroje proudu – generátory I Střední odborná škola Otrokovice Zdroje proudu – generátory I 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

Charakteristika DUM Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /5 Autor Ing. František Kocián Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-AE-EP/3-EL-6/14 Název DUM Zdroje proudu – generátory I Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 26-57-H/01 Obor vzdělávání Autoelektrikář Vyučovací předmět Elektropříslušenství Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 17 – 18 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem, náplň: Základní pojmy, konstrukce dynama, druhy dynam, princip činnosti, komutátor, reakce kotvy, uhlíky Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Základní pojmy, rotor, stator, komutátor, pólový nádstavec, buzení Datum 7. 5. 2013

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

Konstrukce dynam 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 Obr. 1. Konstrukce dynam

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

Stator 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. Obr. 4: Stator motocyklového dynama

Rotor 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. Obr. 5: Rotor motocyklového dynama

Komutátor 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. Obr. 6: Komutátor

Komutátor 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. Obr. 7: Činnost komutátoru

Reakce kotvy 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 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 Obr. 8 : Reakce kotvy

Regulace napětí 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) Připojuje samočinně 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 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. Obr. 9: Schéma zapojení trojcívkového regulačního relé

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

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

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_chapte r=5.2.3

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., Autoelektrika a autoelektronika, Praha, T. Malina 1994 ISBN 80- 900759-6-7

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

Děkuji za pozornost 