Как можно повысить ток генератора: «Как увеличить мощность на выходе с генератора на 380 вольт?» — Яндекс.Кью

Содержание

Дизельные генераторы переменного и постоянного тока

Назначение электрогенератора состоит в выработке электроэнергии, то есть в преобразовании механической энергии в электрический ток. По виду вырабатываемого тока выделяют генераторы постоянного и переменного тока.

Особенности конструкции ДГУ постоянного тока

Дизельный генератор постоянного тока состоит из двух основных узлов – неподвижного статора и вращающегося якоря. Помимо того, что статор служит корпусом генератора, на его внутренней поверхности зафиксировано несколько пар магнитов. В основном применяют электрические магниты. Якорь снабжён стальным сердечником и коллектором. В пазах сердечника укладывается рабочая обмотка якоря. Графитовые неподвижные щётки объединяют обе части генератора в единое целое.

Генераторы постоянного тока можно встретить на масштабных промышленных заводах, на электротранспортных предприятиях, судах и на различных производствах, где подключаемое оборудование обладает большим пусковым моментом.

Постоянный ток применяется весьма ограниченно из-за сложности его трансформации. Для повышения или понижения напряжения требуется наличие сложного специализированного оборудования, а также значимые затраты.

Особенности конструкции генератора переменного тока

В основу генератора переменного тока заложен принцип электромагнитной индукции. Электрический ток образуется в замкнутом контуре, представляющем собой проволочную рамку, в процессе пересечения его магнитным полем, которое вращается. Величина магнитного потока увеличивается параллельно скорости вращения рамки.

Ротор – это вращающийся элемент генератора, а статор – неподвижная часть.

По конструкционным особенностям генераторы классифицируются на устройства с неподвижными или статическими магнитными полюсами. В первом случае якорь вращающийся, во втором – неподвижный статор.

Агрегаты с вращающимися магнитными полюсами распространены больше, чем их аналоги поскольку с неподвижной стационарной обмотки статора напряжение снимается произвольно и нет необходимости в сложных токосъёмных конструкциях (контактные кольца, щётки).

Магнитное поле в электрогенераторах постоянного тока образуют неподвижные магниты (катушки возбуждения). А индуцирование электродвижущей силы и снятие напряжения происходит на вращающихся катушках.

Ещё одно отличие состоит в том, что в генераторах переменного тока токоотвод с катушек происходит при присоединении концов рамки к контактным кольцам. А в устройствах постоянного тока концы привязаны к полукольцам, которые изолированы друг от друга. В этом случае рамка выдаёт на внешнюю цепь выпрямленное электрическое напряжение.

Вместо коллектора у ротора генератора переменного тока размещены два кольца, изолированные друг от друга. Ток возникает в катушках статора в процессе вращения ротора и впоследствии передается на приемник.

Поскольку основная часть бытового и промышленного оборудования нуждается в переменном токе, дизельные генераторы предназначены для удовлетворения данного спроса, то есть для выработки переменного тока.

В чем отличие генераторов переменного тока от постоянного

Постоянный ток никогда не меняет своего направления, двигаясь от плюса к минусу. В отличие от постоянного, переменный ток движется между фазой и нулем, меняя направление электронов с определенной частотой, которую указывают в герцах. Частота 50 Гц означает, что изменение направления потока электронов происходит 100 раз в секунду.

Основным преимуществом переменного тока по отношению к постоянному является простота его передачи на большие расстояния и легкость его генерации. При помощи специальных устройств напряжение однофазной сети 220 вольт можно изменять по величине в зависимости от необходимости потребителей.

Приобретение ДГУ постоянного тока для решения бытовых задач на данный момент лишено смысла. Такие модели агрегатов используются в специализированных условиях некоторыми промышленными и производственными предприятиями.

Генераторы Yanmar

В каталоге нашей компании представлен широкий спектр надежных дизельных генераторов переменного тока Yanmar, среди которых:

Оборудование подойдет в качестве постоянного или альтернативного источника электроэнергии (в аварийных и внештатных ситуациях, при плановом отключении ЛЭП и пр. ).

Генераторы Yanmar отличаются стабильностью в работе, высокой эффективностью и безопасностью. ДГУ просты в эксплуатации, характеризуются низким уровнем шума и вибрации. Позволяют экономно расходовать топливо.

генераторы для автомобилей| Valeo Service

Роль генератора заключается в поставке постоянного заряда аккумуляторной батарее при работе двигателя. Данная постоянная поставка мощности предотвращает разрядку аккумулятора и обеспечивает необходимую мощность электронным устройствам автомобиля. Генератор подключается и получает питание с помощью коленчатого вала через приводной ремень. При работе двигателя приводной ремень вращает генератор, преобразующий кинетическую энергию в электрический ток. Основной принцип — преобразовать движение, инициируемое маховым колесом, в электричество. Надежность, безопасность и высочайшее качество новых продуктов обеспечиваются постоянными инновациями и строгими критериями испытаний.

Благодаря значительной составляющей оригинального оборудования компания Valeo может предложить генераторы для новейших моделей автомобилей через небольшое время после их выхода на рынок, это такие модели как Audi A6, Mercedes C Class, Renault Clio IV и Volkswagen Golf VII. Линейка новых устройств состоит из самых лучших продуктов благодаря требовательными стандартам испытаний оригинального оборудования Valeo.

 

Измерение тока и напряжение, испытание при электрической и циклической нагрузках продолжаются до 1000 часов. Кроме того, машины подвергаются испытаниям в экстремальных условиях, таких как солевой туман, температурные удары и вибрации до разрушения, чтобы соответствовать высочайшим требованиям. Valeo является новатором, имеющим более 100 лет опыта работы с вращающимися машинами, от Dynastar 1912 года до микрогибридного решения i-StARS® 2013 года.

 

Valeo удовлетворяет всем потребностям рынка и технологической эволюции, демонстрируя исторически сильное лидерство в области оригинального оборудования: однофазный генератор переменного тока, технология на основе водного охлаждения до современного производства эффективных и удобных генераторов, таких как генераторы EG. Valeo прокладывает путь к лучшим технологиям для производства генераторов: постоянное повышение мощности и эффективности при компактном дизайне. Генератор EG («Эффективное преобразование») использует специальные модули, которые на 10 очков более эффективны, чем традиционные диоды, и потому представляют собой революционную технологию. Данная технология подходит для автомобилей многих производителей, таких как Volkswagen, BMW и Mercedes. Генератор Standard Exchange Линейка генераторов Valeo Standard Exchange высшего класса насчитывает более 1500 наименований и потому подходит практически для всех моделей автомобилей на рынке, как европейском, так и азиатском.

 

Специальный процесс восстановления генераторов позволяет Valeo предлагать лучшие в своем классе продукты в отношении качества. После сбора генераторы отправляются в специальное производственное подразделение, где проходят через различные этапы процесса восстановления:

1. Все детали разбираются, и компоненты промываются, кроме ротора, который очищается с помощью проволочной щетки. Подшипники систематически заменяются новыми.

2. Ротор проходит испытание электричеством и покрывается краской для предотвращения коррозии. После промывки статор обрабатывается проволочной щеткой для удаления следов коррозии, а затем покрывается краской. Внутренний диаметр с высокой точностью калибруется, а концы фаз покрываются оловом и проходят испытание электричеством.

3. Шкивы проверяются, покрываются краской и хромом, шкивы шестерни холостого хода систематически заменяются.

4. Стеклоподъемники моются, высушиваются и подвергаются пескоструйной очистке. Щетки и пружины меняются.

5. Диоды выпрямительного моста проходят испытание по отдельности и, при необходимости, заменяются.

 

Перед окончательной окраской все обновленные компоненты собираются, и каждый готовый продукт проходит проверку на соответствующем испытательном стенде (измерение скорости и температуры, условия перенапряжения и испытание до разрушения). В течение всего процесса неукоснительно соблюдаются стандарты оригинального оборудования, а для проверки продукции в более чем 40 контрольных точках используются испытательные стенды и измерительные приборы, предназначенные для оригинального оборудования.

После сборки 100% деталей проходят повторную проверку, после чего маркируются и упаковываются. Все произведенные компанией Valeo генераторы не содержат асбест.

От чего зависит напряжение генератора?

При покупке электростанции огромное значение имеет тип самого генератора. Он бывает трех видов: синхронный, асинхронный и инверторный. Асинхронный характеризуется довольно стабильным и ровным напряжением на выходе, однако синхронный способен выдавать максимальное количество энергии в случае перегрузки, а вот асинхронный с таким явлением не справится. Это следует учитывать при эксплуатации электроприбора, имеющего высокую стартовую мощность. Если требуется стабильная чистота тока для снабжения, к примеру, компьютера и другой высокочувствительной электронной техники, рекомендуем использовать инверторный аппарат.

От чего же еще зависит напряжение генератора? Этот показатель, как правило, обусловлен тремя моментами: частотой вращения ротора генератора, силой тока нагрузки и уровнем магнитного потока, создающегося обмоткой возбуждения.

На качество частоты напряжения оказывает влияние и регулятор скорости двигателя. Задача этого элемента заключается в том, чтобы удерживать напряжение бортовой сети в допустимых пределах в любом режиме эксплуатации, в случае изменения частоты вращения ротора генератора, сменах электрической нагрузки, а также при перепадах температуры. В данной ситуации частота вращения двигателя (а, соответственно, и напряжения) тесно связаны с показателем нагрузки. Чем выше нагрузка, тем ниже частота.

Стабильные показатели напряжения также зависят от качества двигателя, а именно от его возможности поддерживать постоянное число оборотов (как правило, это около 3000 об/мин) в случае изменении нагрузки. Для повышения качества электричества на выходе можно также использовать специальные системы стабилизации AVR (автоматический регулятор напряжения). Это современная и довольно практичная опция, поскольку если номинальное напряжение будет выше допустимой нормы, это может привести к сокращению срока эксплуатации электрических приборов, а снижение — уменьшает производительность и экономичность их работы. К примеру, если напряжение упало, свет начинает гореть очень тускло, работа бытовой техники вовсе прерывается. А если повышается, то приборы могут перегореть, независимо от того, функционируют они во время аварии, или же нет.

В чем преимущества покупки силовой техники в интернет-магазине «Садовник»?

В интернет-магазине «Садовник» Вы сможете приобрести любую необходимую силовую технику на максимально выгодных условиях. Ознакомиться с предлагаемым ассортиментом дизельных генераторов можно, просмотрев каталог на сайте. Основные преимущества сотрудничества с нами:

  • Мы гарантируем высокое качество реализуемой продукции от ведущих мировых производителей.
  • Высокий уровень современного обслуживания.
  • Каждому клиенту предоставляется бесплатная консультация квалифицированного специалиста.
  • Мы осуществим надежную доставку по всей территории России. Ознакомиться подробнее с условиями транспортировки можно на нашем сайте.
  • У нас возможны различные способы оплаты покупок.

Узнать больше о том, от чего зависит напряжение генератора, Вы можете у наших консультантов, позвонив по телефону: + 7 (495) 135-29-39 либо заказав услугу «Перезвони мне» каждый день с 10.00 до 20.00.

Как увеличить мощность динамо-машины или генератора?

Мощность динамо-машины или генератора можно увеличить следующими способами: 

  1. Путем увеличения числа витков провода в катушке.
  2. С использованием сердечника из мягкого железа за счет увеличения силы магнита.
  3. за счет увеличения скорости вращения динамо-машины
  4. уменьшение расстояния между катушкой и магнитом.

Путем увеличения числа витков в катушке, силы магнитного поля, скорости вращения катушки в магнитном поле и уменьшения расстояния между катушкой и магнитом величины индуцированной эл.м.ф. может быть увеличена в генераторе/динамо. Динамо и генераторы преобразуют механическое вращение в электрическую энергию. Динамо — устройство, которое вырабатывает электроэнергию постоянного тока с помощью электромагнетизма. Он также известен как генератор, однако термин «генератор» обычно относится к «генератору переменного тока», который создает мощность переменного тока.

Генератор или динамо-машина – это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую. Генератор работает по принципу электромагнитной индукции. Всякий раз, когда магнитное поле, связанное с катушкой, изменяется, в катушке возникает ЭДС индукции.Динамо-машина будет заряжать аккумулятор, пока его напряжение выше, чем напряжение аккумулятора. … Вам нужно будет контролировать ток, поступающий в батарею, тем более, что ваша батарея имеет относительно низкую емкость по сравнению с возможностями динамо. Динамо-машины делятся на две основные части: динамо-машины постоянного тока и переменного тока. (AC) или просто генераторы переменного тока. Функция динамо-машины – преобразовывать механическую энергию в электричество. Механизм управления, связанный с динамо-машиной, регулирует выходной ток в соответствии с требованиями к электрической системе и состоянием батареи.

 Теория динамо описывает процесс , благодаря которому вращающаяся, конвекционная и электропроводящая жидкость может поддерживать магнитное поле в астрономических масштабах времени. Считается, что динамо-машина является источником магнитного поля Земли, магнитных полей Меркурия и юпитерианских планет.

Читать все

Причины проблемы перенапряжения в дизельном генераторе — Блог статей

Причины проблемы перенапряжения в дизельном генераторе

Термин «перенапряжение» означает, что значение напряжения в энергосистеме увеличилось по сравнению с ожидаемым или проектным значением.Каждая энергосистема имеет свое собственное значение напряжения, при котором система будет работать. Но если превысит, то разрушит, так как полупроводник превысит их номиналы.

Итак, перенапряжение — проблема как в энергосистеме, так и в дизель-генераторе. Мы расскажем вам о том, почему возникает проблема перенапряжения в дизель-генераторе и как предотвратить эту проблему. Надеюсь, это вам очень поможет. Чтобы узнать о генераторе или выбрать генератор, посетите nevecorporation.com

Причины перенапряжения в дизель-генераторе

Причин перенапряжения в генераторе много.Они,

  • Если обороты двигателя генератора нестабильны, то есть слишком высоки, то напряжение значительно увеличивается.
  • Если рабочая нагрузка превышает КПД генератора, то напряжение будет нестабильным.
  • Иногда компоненты регулятора напряжения забиваются. В этом случае напряжение увеличивается.
  • В дизель-генераторе циркуляция топлива может быть нестабильной, что является еще одной причиной нестабильности напряжения.
  • При слишком большом зазоре в шунтирующем реакторе дизель-генератора возникает перенапряжение.
  • Из-за регулирования давления повышается напряжение. Однако регулирование давления происходит за счет короткого замыкания магнитного реостата.
  • Кроме того, внезапная потеря нагрузки является еще одной причиной перенапряжения.

Эти причины также относятся к газогенератору.

Причина перенапряжения в силовой/электрической системе

В основном существует два типа перенапряжения: внешнее и внутреннее перенапряжение. Внешние перенапряжения возникают из-за грозовых и атмосферных изменений.В то время как внутреннее перенапряжение происходит из-за внутреннего рабочего состояния системы.

Внутренние перенапряжения делятся на перенапряжение промышленной частоты, рабочее перенапряжение и резонансное перенапряжение.

Нарушение изоляции: нарушение изоляции является распространенной причиной перенапряжения. Нарушение изоляции происходит, когда возникает проблема с заземлением проводника. Это означает, что если между землей и землей нет изоляции, то происходит нарушение изоляции.Потому что один конец проводника должен быть заземлен, чтобы ток мог идти вниз.

Резонансы: если индуктивное сопротивление и емкостное сопротивление в энергосистеме равны, то возникают резонансы, а резонанс является веской причиной перенапряжения. Конденсатор системы и электрическая индукционная петля образуют резонансную петлю, в которой возникает высокое перенапряжение, имеющее сильное воздействие и длительный срок службы.

Скачки напряжения в системе: перенапряжение бывает и при плохой регулировке источника питания неравномерно.Это серьезно повредит электронный компонент.

Молния: существует так много внутренних проблем, которые являются причиной перенапряжения. Однако молния является внешней причиной перенапряжения. Молния вызывает скачки перенапряжения наивысшей величины и наносит серьезный вред системе. Таким образом, каждая система питания должна быть защищена предохранителем напряжения.

Изгиб заземления: в трехфазной энергосистеме, если возникает спорадическая дуга, когда линия заземлена, возникает дугообразный заземлитель.Таким образом, изменения токовой нагрузки и напряжения вызывают кратковременные колебания или перенапряжение, что приводит к серьезным проблемам, таким как выход из строя системы или оборудования, подключенного к системе.

Итак, это все о причине перенапряжения дизель-генератора, а также системы питания. Я надеюсь, что вы найдете эту статью полезной. Вот статья по теме, как подключить генератор к дому без переключателя.

Генераторы и динамо-машины


Разработка и история компонента, который первым сделал электричество коммерчески осуществимый

Динамо Генераторы преобразуют механическое вращение в электрическую энергию.

Динамо — устройство, которое производит постоянный ток электроэнергии с помощью электромагнетизма. Он также известен как генератор, однако термин генератор обычно относится к «генератору переменного тока», который создает мощность переменного тока.

Генератор — обычно этот термин используется для описания генератора , который создает мощность переменного тока с помощью электромагнетизма.

Генераторы, Динамо и Батареи — это три инструмента, необходимые для создания/хранения значительное количество электроэнергии для нужд человека.Батареи возможно, были обнаружены еще в 248 г. до н.э. Они просто используют химические реакция на производство и хранение электроэнергии. Ученые экспериментировали с батареи, чтобы изобрести раннюю лампу накаливания, электродвигатели и поезда и научные испытания. Однако батареи не были надежными или экономически эффективным для любого регулярного использования электричества, именно динамо-машина коренным образом превратил электричество из диковинки в выгодный, надежный технология.

1. Как это работает
2. Краткая история динамо-машин и генераторов
3. Видео генераторов

1.) Как Работает:

Базовый:

Сначала вам нужен механический источник энергии, такой как турбина (работает от падения воды), ветряная турбина, газовая турбина или паровая турбина. Вал от одного из этих устройств соединен к генератору для выработки электроэнергии.

Динамо и генераторы работают используя дикие сложные явления электромагнетизма . Понимание поведение электромагнетизма, его полей и его эффектов является большим предмет исследования. Есть причина, по которой прошло 60 лет ПОСЛЕ Вольты. первая батарея, на которой заработала хорошая мощная динамо-машина. Мы будет упрощать вещи, чтобы помочь вам познакомить вас с интересной темой производства электроэнергии.

В самом общем смысле генератор / динамо-машина — это один магнит, вращающийся внутри воздействия магнитного поля другого магнита. Вы не можете видеть магнитное поле, но это часто иллюстрируется линиями потока. На иллюстрации выше линии магнитного потока будут следовать линиям, созданным железом опилки.

Произведен генератор/динамо набор стационарных магнитов (статоров), создающих мощное магнитное поле, и вращающийся магнит (ротор), который искажает и прорезает магнитное линии потока статора.Когда ротор пересекает линии магнитного поток делает электричество.

Но почему?

В соответствии с законом индукции Фарадея если вы возьмете проволоку и будете двигать ее туда-сюда в магнитном поле, поле отталкивает электроны в металле. Медь имеет 27 электронов, два последних на орбите легко отталкиваются к следующему атому. Это движение электронов представляет собой электрический поток.

Посмотреть видео ниже показано, как ток индуцируется в проводе:

 

Если взять много провода например, в катушке и перемещая ее в поле, вы создаете более мощный «поток» электронов.Мощность вашего генератора зависит на:

«l»-Длина проводник в магнитном поле
«v»-скорость проводника (скорость вращения ротора)
«B»-напряженность электромагнитного поля

Вы можете выполнять вычисления, используя эта формула: e = B x l x v

Посмотреть видео чтобы увидеть все это продемонстрировано:

 

Динамо состоит из 3 основных компонентов : статора, якоря и коммутатор.

Щетки являются частью коммутатор, щетки должны проводить электричество, чтобы сохранить контакт с вращающимся якорем. Первые кисти были настоящими проволочные «щетки» из мелкой проволоки. Эти легко изнашивались и они разработали графические блоки для выполнения той же работы.

статор представляет собой фиксированную конструкцию, которая делает магнитным поле, вы можете сделать это в небольшой динамо-машине с помощью постоянного магнита. Большие динамо-машины требуют электромагнита.

Якорь изготовлен из спиральной медной обмотки, вращаться внутри магнитного поля, создаваемого статором. Когда обмотки движутся, они пересекают линии магнитного поля. Этот создает импульсы электроэнергии.

Коллектор необходимо для получения постоянного тока. В потоках мощности постоянного тока только в одном направлении по проводу, проблема в том, что вращающийся якорь в динамо-машине меняет направление тока каждые пол-оборота, Таким образом, коммутатор представляет собой поворотный переключатель, который отключает питание. во время обратной текущей части цикла.

 

Самовозбуждение:

Так как магниты в динамо соленоиды, для работы они должны быть запитаны. Так что помимо кистей какая мощность отвода выходит на основную цепь, есть еще набор щеток, чтобы взять питание от якоря для питания статора магниты. Это хорошо, если динамо работает, но как вы начнете динамо-машина, если у вас нет сил начать?

Иногда арматура остается некоторый магнетизм в железном сердечнике, и когда он начинает вращаться, он делает небольшая мощность, достаточная для возбуждения соленоидов в статоре.Затем напряжение начинает расти, пока динамо-машина не выйдет на полную мощность.

Если нет магнетизма остается в железе якоря, чем часто для возбуждения используется батарея соленоиды в динамо, чтобы запустить его. Это называется «поле мигает».

Ниже в обсуждении подключив динамо-машину, вы заметите, как мощность направляется через соленоиды. по-другому.

Есть два способа проводка динамо: серия рана и шунт ранить.Смотрите диаграммы, чтобы узнать разницу.

Ниже видео небольшого простая динамо-машина, аналогичная схемам выше (построена в 1890-х годах):

Генератор

Генератор отличается от динамо-машина в том, что она производит мощности переменного тока . Электроны втекают в оба направления в сети переменного тока. Только в 1890-х годах инженеры придумали, как проектировать мощные двигатели, трансформаторы и другие устройства, которые могут использовать мощность переменного тока таким образом, чтобы конкурировать с постоянным током власть.

Пока генератор использует коллекторы, генератор использует токосъемное кольцо со щетками для отвода отключение питания ротора. К токосъемному кольцу прикреплены графит или углерод. «щетки», которые подпружинены, чтобы толкать щетку на звенеть. Это обеспечивает постоянную подачу энергии. Щетки изнашиваются время и необходимость замены.

Внизу видео контактных колец и щеток, множество примеров от старых до новых:

 

Со времен Грамм в 1860-х годах было выяснено, что лучший способ построить динамо-генератор заключалась в том, чтобы расположить магнитные катушки по широкому кругу с широким вращением арматура.Это выглядит иначе, чем простые примеры небольших динамо-машин. вы видите, используется в обучении, как работают устройства.

На фото ниже вы увидите хорошо видно одну катушку на якоре (остальные сняты для обслуживания) и другие катушки, встроенные в статор.

С 1890-х годов до наших дней 3-фазная мощность переменного тока была стандартной формой питания. Три фазы сделано через конструкцию генератора.

Сделать трехфазный генератор вы должны разместить определенное количество магнитов на статоре и якоре, все с правильным интервалом. Электромагнетизм так же сложен, как и работа с волны и вода, поэтому вам нужно знать, как управлять полем через ваш дизайн. Проблемы включают неравномерное притяжение вашего магнита к железному сердечнику, неверные расчеты искажения магнитного поле (чем быстрее крутится, тем сильнее поле искажается), ложное сопротивление в обмотках якоря и множество других потенциальных проблем.

Почему 3 фазы? Если хочешь чтобы узнать больше о фазах и почему мы используем 3 фазы, посмотрите наше видео с пионером в области силовой передачи Лайонелом Бартольдом.

2.) Краткая история динамо-машин и генераторов:

Генератор развился из работы Майкла Фарадея и Джозефа Генри в 1820-х годах. Как только эти два изобретателя обнаружили и задокументировали явления электромагнитной индукции, это привело к экспериментам другими в Европе и Северной Америке.

1832 — Ипполит Pixii (Франция) построил первое динамо с использованием коммутатора, его модель создавала импульсы электричества, разделенные отсутствием тока. Он также случайно создал первый генератор переменного тока. Он не знал, что сделать с меняющимся током, он сосредоточился на попытке устранить переменного тока для получения постоянного тока, это привело его к созданию коммутатор.

1830-1860-е годы — Аккумулятор по-прежнему остается самым мощным источником питания электричество для различных экспериментов, проводившихся в тот период.Электричество по-прежнему не было коммерчески жизнеспособным. Электрический на батарейках поезд из Вашингтона в Балтимор потерпел неудачу, что вызвало большое затруднение к новой области электричества. После миллионов долларов потраченных впустую паров по-прежнему оказался лучшим источником энергии. Электричество все равно нужно зарекомендовали себя как надежные и коммерчески выгодные.

1860 — Антонио Пачинотти — Создал динамо-машину, обеспечивающую непрерывную Мощность постоянного тока

1867 — Вернер фон Сименс и Чарльз Уитстон создают более мощная и более полезная динамо-машина, в которой использовался электромагнит с автономным питанием. в статоре вместо слабого постоянного магнита.

1871 — Зеноби Грамме зажгла коммерческая революция электричества. Он заполнил магнитное поле железный сердечник, который сделал лучший путь для магнитного потока. Это увеличило мощность динамо-машины до такой степени, что ее можно было использовать для многих коммерческих Приложения.

1870-е — Произошел взрыв новых конструкций динамо-машин, конструкций располагался в диком ассортименте, лишь немногие выделялись превосходством в эффективность.

1876 — Чарльз Ф. Браш (Огайо) разработала самую эффективную и надежную конструкцию динамо-машины. к этому моменту. Его изобретения продавались через Telegraph Supply. Компания.

1877 — Франклин Институт (Филадельфия) проводит испытания динамо-машин со всего мира. Публичность этого события стимулирует развитие других, таких как Элиу. Томсон, лорд Кельвин и Томас Эдисон.

Выше: Длинноногая Мэри Эдисона, коммерчески успешная динамо-машина для его системы постоянного тока 1884

1878 — Компания Ganz начинает использовать генераторы переменного тока в небольших коммерческих установки в Будапеште.

1880 — Чарльз Ф. Браш имел более 5000 дуговых ламп в эксплуатации, что представляет 80 процентов всех ламп в мире. Экономическая сила электричества возраст начался.

1880-1886 — Системы переменного тока разрабатываются в Европе совместно с Siemens, Сабастьян Ферранти, Люсьен Голар и другие. Динамо DC правит лидерство на прибыльном американском рынке, многие скептически инвестировать в АС.Генераторы переменного тока были мощными, однако генератор само по себе не было самой большой проблемой. Системы управления и распределения мощности переменного тока необходимо улучшить, прежде чем она сможет конкурировать с ДК на рынке.

1886 — В изобретатели североамериканского рынка, такие как William Стэнли , Джордж Вестингауз, Никола Тесла и Элиу Thomson разрабатывает собственный кондиционер системы и схемы генераторов.Большинство из них использовали Сименс и генераторы Ферранти как основу их изучения. Уильям Стэнли быстро смог изобрести лучший генератор, будучи неудовлетворенным с генератором Сименса, который он использовал в своем первом эксперимент.

Выше: Генераторы переменного тока Siemens использовались в Лондоне в 1885 году, в США Эдисон не хотел прыгнуть в область переменного тока, в то время как в Европе технология развивалась быстро.


1886-1891 — Многофазные Генераторы переменного тока разработаны CS Bradly (США), August Haselwander. (Германия), Михаил Доливо-Добровский (Германия/Россия), Галилео Феррарис (Италия) и др. Системы переменного тока, которые включают в себя лучший контроль и мощный электродвигатели позволяют переменному току конкурировать.


1891 — Трехфазный Сила переменного тока оказалась лучшей системой для производства электроэнергии и распространение на Международном Электротехническая выставка во Франкфурте.

Трехфазный генератор конструкции Михаила Доливо-Добровского на выставке видно слева.

1892 — Чарльз П. Стейнмец представляет свой доклад AIEE по гистерезису. понимание Штайнмеца математики переменного тока публикуется и помогает революционизировать Проектирование энергосистемы переменного тока, включая большие генераторы переменного тока.

1890-е — Генератор дизайн быстро улучшается благодаря коммерческим продажам и имеющиеся деньги на исследования.Вестингауз, Сименс, Эрликон, и General Electric разрабатывают самые мощные генераторы в мире. Некоторые генераторы все еще работают 115 годы спустя. (Механивилл, Нью-Йорк)

Выше: 1894 Элиу Томсон разработал множество Генераторы переменного тока для General Electric

Более поздний генератор Westinghouse 2000 кВт 270 Вольт после 1900

3.Видео

 

Механивилль Генераторы с объяснением истории (1897 г.), разработанные вдохновителем переменного тока. Чарльз П. Стейнмец

 

Генератор Westinghouse в настоящее время построен и испытан (1905 г.), спроектирован Оливером Шалленбергером, Тесла и другие в Westinghouse.

 

1895 Ранние мощные генераторы используется в Фолсоме, Калифорния (разработан Элиу Томпсоном, Dr.Луи Белл и другие в GE)

 

1891 Генератор производства Oerlikon для Международной электротехнической выставки (разработан Добровольского в Германии)


Похожие темы:

Источники:
-The История General Electric — Зал истории , Скенектади, Нью-Йорк, 1989 г. Второе издание
— Википедия (Генераторы, Чарльз Браш)
— Википедия (Коммутатор)
— Принципы электричества — General Electric
— История переменного тока — Технический центр Эдисона
— Руководство по электрике Хокинса

Фотографии / Видео:
— Copyright 2011 Технический центр Эдисона.Снято на месте в Немецком музее, Мюнхен
— Некоторые генераторы сфотографированы в Техническом центре Эдисона, Скенектади, NY

Генератор постоянного тока с динамическим приводом на основе поляризованной воды

Существует растущая перспектива сбора энергии из окружающей среды, поскольку энергия на месте требуется для распределенных датчиков во взаимосвязанном информационном обществе, среди которых вода энергия потока является наиболее потенциальным кандидатом в качестве чистого и обильного механического источника.Тем не менее, для микромасштабного и неупорядоченного движения воды создание устойчивого генератора постоянного тока с высокой выходной мощностью для привода элемента нагрузки по-прежнему является сложной задачей, что требует дальнейших исследований. Здесь мы предлагаем динамический генератор на водном переходе PN с движущейся водой, зажатой между двумя полупроводниками, который выдает устойчивое напряжение постоянного тока 0,3   В и ток 0,64   мк А. Механизм можно отнести к процессу динамической поляризации вода как движущаяся диэлектрическая среда в динамическом водном переходе PN при разности уровней Ферми двух полупроводников.Далее мы демонстрируем инкапсулированное портативное устройство для выработки энергии с простой конструкцией и непрерывным выходным напряжением постоянного тока 0,11 В, которое демонстрирует многообещающее потенциальное применение в области носимых устройств и Интернета вещей.

1. Введение

Устойчивый сбор энергии из окружающей среды всегда необходим для удовлетворения растущих потребностей в энергии современного информационного общества [1–5], особенно растущего Интернета вещей (IoT) и биоэлектронных устройств [6–21].Как чистый и обильный механический источник, энергия водного потока является наиболее потенциальным кандидатом в нашу повседневную жизнь. Для макромасштабного и упорядоченного движения воды он используется для выработки электроэнергии с момента разработки генератора Фарадея, который широко применяется в гидроэнергетике до настоящего времени [22, 23]. Однако для микромасштабного и неупорядоченного движения воды сбор энергии от текущих молекул воды и преобразование ее в электричество по-прежнему является сложной задачей, которую можно использовать в качестве энергии на месте или датчика в некоторых особых условиях.В последнее время вода используется для выработки электроэнергии путем помещения молекул воды на углеродную нанотрубку [24–27], графен [28–32], полимер [33–36] или другие наноструктурированные материалы [37–39]. Были предложены различные физические механизмы для объяснения явления сбора энергии воды, основанного на потоке воды, такие как движущаяся жидкость, увлекающая электроны [24, 30], испарение воды [38, 39], трибоэлектризация, вызванная потоком жидкости [40–42]. , и заряды, флуктуирующие асимметричный потенциал в подложке [25, 43].Однако эти генераторы не могут непрерывно выдавать постоянный ток, особенно при низкой частоте и неупорядоченном движении воды, которое ограничено направлением движения. И выходная мощность устройства все еще недостаточно высока для управления элементом нагрузки, что требует высокопроизводительных генераторов постоянного тока с каким-то новым физическим механизмом.

Физика полупроводников хорошо развита, и, таким образом, взаимодействие между водой и полупроводником может дать представление о выработке электроэнергии путем движения капель воды на различных материалах или внутри них.На самом деле вода загадочна, поскольку остается квантовым материалом, на внешний вид которого большое влияние оказывают квантовые флуктуации [44]. Сильно поляризованные молекулы воды могут работать как проводящая диэлектрическая среда, где распределение электронной плотности напоминает картину черных дыр [45]. Недавние исследования динамического перехода металл-полупроводник [46–48], перехода полупроводник-полупроводник [49–51] и других полупроводниковых систем [52–61] вдохновили на изучение электронной динамики на динамической границе раздела вода/полупроводник. [62, 63].В частности, нами было предложено физическое явление отскока носителей в генераторе динамического перехода со сверхсильным встроенным электрическим полем на границе раздела полупроводников [49–51], который может мгновенно поляризовать молекулы воды на границе раздела полупроводников. Здесь мы проектируем динамический генератор PN-перехода с водой в качестве движущейся диэлектрической среды между двумя полупроводниками, который ранее редко исследовался [64, 65].

В этом генераторе капля воды скользит между кремнием P-типа и кремнием N-типа с разными уровнями Ферми, что приводит к непрерывному выходному току.Предполагается, что физический механизм возникает из процесса динамической поляризации движущихся молекул воды между полупроводниками, в котором поляризованная вода работает как движущаяся диэлектрическая среда между динамическим PN-переходом. В частности, когда молекулы воды контактируют с кремнием, зажатые молекулы воды мгновенно поляризуются, а свободные носители заряда в кремнии накапливаются на границе раздела вода-полупроводник, а затем достигают электростатического баланса и баланса поляризации, которые определяются Разница уровней Ферми между двумя полупроводниками.По мере движения капли воды поляризационный баланс неоднократно нарушается и восстанавливается. Между тем, эти индуцированные поляризованные электроны и дырки высвобождаются и возвращаются к полупроводникам P-типа и N-типа соответственно. Таким образом, такой переход воды PN с динамически поляризованной границей раздела вода-полупроводник генерирует постоянное напряжение или ток во внешней цепи. Генератор постоянного тока на основе динамического перехода вода-полупроводник с поляризованной водой в качестве движущейся диэлектрической среды реализует напряжение холостого хода до 0.3 В и током короткого замыкания 0,64  мк А, с согласованным внутренним сопротивлением с традиционными электронными информационными устройствами на основе PN-перехода. Далее мы продемонстрировали инкапсулированное портативное устройство для выработки электроэнергии с простой структурой и устойчивым электричеством постоянного тока. Наш подход раскрывает квантовые поляризационные свойства молекулярной воды в динамическом соединении и предлагает новый и многообещающий способ преобразования низкочастотной неупорядоченной механической энергии в устойчивое электричество постоянного тока, особенно в обильную энергию потока капель воды по всему миру, которая является потенциальный кандидат на интегрированный и миниатюрный генератор.

2. Результаты и обсуждение

Трехмерная схема генератора динамической структуры полупроводник-вода-полупроводник представлена ​​на рис. 1(а), на котором капля воды расположена между кремнием N-типа и P- типа силикон. Два слоя поливинилхлорида (ПВХ) толщиной 1 мм разделяют два полупроводника, образуя небольшой канал для капель воды. Жидкость может двигаться в этом канале в прямом или обратном направлении. Генерируемый ток улавливается электродами Ti/Au, нанесенными на неполированные поверхности кремния во внешней цепи.Те жидкости, молекулярная структура которых асимметрична, могут быть использованы в генераторе динамического перехода вода-полупроводник. Здесь деионизированная вода предпочтительнее из-за ее чрезвычайного изобилия и легкой доступности в нашей повседневной жизни, например, в реках, озерах, океанах и даже в наших телах. В динамическом генераторе водяного перехода PN каждый раз, когда капля воды проходит через канал, генерируется сигнал тока или напряжения. Как показано на рисунке 1(b) и (c), три пика напряжения с максимумом 0,12 В (ток с максимумом 0.46  μ А) возникает в результате самостоятельного движения капли воды объемом 50  μ л со скоростью 150 мм/с.


Происхождение этой генерации электроэнергии связано с динамической поляризованной водой в переходе, что приводит к эффекту отскока или отражения индуцированных поляризованных зарядов. В этой структуре полупроводник-вода-полупроводник, когда капля воды контактирует с двумя кремниевыми пластинами, как показано на рисунке 1(d), молекулы воды мгновенно поляризуются на границе раздела вода-полупроводник за счет разницы уровней Ферми между двумя кремниевыми пластинами, как показано на рисунке 1 (е).Когда капля воды движется вдоль полупроводников, динамически поляризованные электроны и дырки на границе раздела отскакивают к двум полупроводникам соответственно. В этом процессе выработки электроэнергии выходной ток, в частности, демонстрирует характеристики симметричного выхода, не ограничиваясь направлением движения, как показано на рис. 1(f) и (g). Уникальная изотропия динамического генератора кремний-вода-кремний возникает из-за внутренней разницы уровней Ферми двух полупроводников, что приводит к направленной поляризации вода-полупроводник, которую можно использовать для сбора этой низкочастотной неупорядоченной механической энергии потока воды.

В этом динамическом генераторе водяного перехода PN схематическая диаграмма моделирования процесса поляризации продемонстрирована на рисунке S1 в соответствии с физическим механизмом, описанным выше. Молекулы воды сначала располагаются горизонтально между кремнием P-типа и кремнием N-типа. При разнице уровней Ферми между двумя полупроводниками молекулы воды образуют упорядоченное расположение, атомы водорода которого указывают на кремний N-типа, а атомы кислорода указывают на кремний P-типа. После достижения динамического устойчивого состояния дырки могут индуцироваться и накапливаться в интерфейсе кремния P-типа, а электроны могут индуцироваться и накапливаться в интерфейсе кремния N-типа соответственно.При движении капли воды эти межфазные носители высвобождаются и генерируют направленный выходной ток. Поляризованная вода работает как движущаяся диэлектрическая среда в этом динамическом переходе [64, 65], который оказывает незначительное повреждение поверхности раздела полупроводников.

Согласно вышеупомянутому механизму, выходная характеристика генератора может определяться степенью динамической поляризации молекул воды, которая должна быть связана с такими параметрами, как скорость, направление и объем.Как показано на рис. 2(a) и (b), с увеличением скорости воды (объем воды 50  μ л) выходное напряжение и ток положительно увеличиваются и достигают значений насыщения 0,12  В и 0,46  μ . А соответственно при скорости до 150 мм/с. Скорость движения измеряется системой, как показано на рисунке S2. Кривые напряжения и тока точно аппроксимируются функцией и соответственно. Увеличение выходного напряжения и тока вызвано изменением степени поляризации воды при различных скоростях движения.Независимо от того, движется ли он влево или вправо (скорость движения кремниевой пластины составляет 150 мм/с, а объем капли воды составляет 50  мк л), генератор всегда генерирует положительное напряжение 0,12 В от кремния P-типа к Кремний N-типа, как показано на рисунке 2(c). Поддерживая постоянную скорость движения пластины 150  мм/с, выходной ток увеличивается положительно с объемом капли воды и достигает максимума 0,64  мк А при объеме 150   мкс л, как показано на рисунке 2(d). .Кривая тока может быть точно аппроксимирована экспоненциальной функцией . Увеличение выходного тока вызвано поляризацией большего количества молекул воды в единицу времени. Однако выходное напряжение почти остается постоянным при увеличении объема воды, как показано на рисунке 2(e). Мы исследовали контактный угол капли воды на PN-переходе. Как показано на рисунке S3, угол контакта капли воды размером 50  мкм л с кремнием составляет 35,9°, а выходное напряжение не зависит от угла контакта воды и кремния.Это постоянное напряжение должно быть вызвано ограничением разницы уровней Ферми между двумя полупроводниками, что будет исследовано позже.


Эти системные эксперименты подтверждают, что выход генератора динамического перехода вода-полупроводник положительно связан со степенью динамической поляризации воды, которая определяется ее скоростью или объемом и преодолевает ограничение направления движения жидкости, демонстрируя предложенный механизм. Для исследования устойчивости устройства к температуре и влажности окружающей среды нами также были проведены эксперименты по изучению зависимости напряжения динамического генератора с водяным спаем PN от влажности и температуры окружающей среды.Как показано на рисунке S4, с повышением температуры выходное напряжение динамического генератора воды PN уменьшается, что вызвано повышенной степенью поляризации воды при более высокой температуре, но напряжение ведет себя ограниченно при изменении влажности 22%-54%. , что указывает на то, что влажность нельзя игнорировать для вывода электрического сигнала в нашем динамическом генераторе воды PN.

Диаграмма структуры энергетических зон статической и динамической структуры P-Si/вода/N-Si показана на рис. 3(a) и (b).Молекулы воды на границе раздела вода/полупроводник поляризуются, как только происходит контакт воды и полупроводника, при разнице уровней Ферми между водой и полупроводником, как показано на рисунке 3(а). А индуцированные поляризованные заряды заставляют изгибаться энергетическую полосу поверхности вода/кремний. Из-за легирования бором или фосфором уровень Ферми кремния P-типа и N-типа близок к валентной зоне и зоне проводимости соответственно. Одновременно поляризация существует и при скольжении воды по кремнию.Поляризованная вода работает как движущаяся диэлектрическая среда в динамическом переходе, что может в значительной степени защитить динамический переход от скользящего износа интерфейса. Как показано на зонной диаграмме динамической структуры на рисунке 3(b), электроны и дырки динамической поляризации в интерфейсе отскакивают к полупроводникам N-типа и P-типа соответственно. В процессе динамической поляризации квазиуровень Ферми динамического перехода кремний-вода-кремний находится в неравновесном состоянии, отличном от равновесного уровня Ферми статического перехода.Разность потенциалов и выходное напряжение динамического генератора воды PN сильно коррелируют с разностью квазифермиевских уровней полупроводниковых электродов.


Итак, были измерены характеристики динамических генераторов кремний-вода-кремний с разной разницей уровней Ферми. Кремниевые пластины N-типа с различным удельным сопротивлением 0,001, 0,01, 0,5, 5, 50, 1000 и 10000  Ом ·см, сохраняя удельное сопротивление кремния P-типа неизменным на уровне 0,001  Ом ·см в этом эксперименте. .Уровень Ферми кремния N-типа можно рассчитать по следующей формуле: [66]. где – среднее значение ширины запрещенной зоны, – постоянная Больцмана, – температура, – концентрация электронов, – концентрация дырок. Это собственная концентрация носителей полупроводника, равная подвижности электронов N-Si, а также проводимость и удельное сопротивление N-Si, которые мы использовали, соответственно. Следовательно, работа выхода кремния N-типа с различным удельным сопротивлением равна 0.001, 0,01, 0,5, 5, 50, 1000 и 10000  Ом ·см составляет 4,13, 4,17, 4,27, 4,32, 4,38, 4,46 и 4,52 эВ соответственно. При этом в качестве подложки используется кремний P-типа с удельным сопротивлением 0,001  Ом ·см, работа выхода которого составляет 5,14 эВ. Так, разность уровней Ферми кремния P-типа с разным удельным сопротивлением достигает здесь 1,01, 0,97, 0,87, 0,82, 0,76, 0,68 и 0,62 эВ. Для кремния N-типа с различным удельным сопротивлением выходное напряжение динамического генератора кремний-вода-кремний равно 0.30, 0,20, 0,14, 0,12, 0,10, 0,05 и 0,01 В соответственно при скорости движения 150 мм/с и объеме воды 50  мк л. Примечательно, что это напряжение приборов с разной разностью уровней Ферми положительно связан с соответствующими разностями уровней Ферми, указывая на то, что разница уровней Ферми полупроводников играет ключевую роль в выходном напряжении динамического генератора перехода полупроводник-вода-полупроводник, как показано на рисунке 3(c). Подробное выходное напряжение динамического генератора кремний-вода-кремний с различным удельным сопротивлением показано на рисунке S5.После введения изолирующего слоя из HfO 2 толщиной 10 нм выходное напряжение увеличивается до 0,17 В, как показано на рисунке S6, что указывает на то, что высота барьера интерфейса перехода является ключевым параметром выходного напряжения.

Чтобы доказать, что динамическая поляризация молекул воды является источником выработки энергии в динамической структуре кремний-вода-кремний, различные полярные и неполярные жидкости дополнительно используются для проверки производительности структуры полупроводник-жидкость-полупроводник.Как показано на рисунке 3(d), полярная жидкость, содержащая воду, этиленгликоль ((CH 3 OH) 2 ) и этанол (C 2 H 5 OH), может генерировать выходное напряжение 0,12, 0,16 и 0,18 В соответственно при скорости движения 150 мм/с и объеме жидкости 50  мк л. выход, подтверждая, что процесс динамической поляризации воды является ключом к выходу электроэнергии динамической структуры полупроводник-вода-полупроводник.А процесс поляризации жидкости связан с ее диэлектрической проницаемостью. Мы предполагаем, что в динамической структуре полупроводник-жидкость-полупроводник постоянно, поэтому напряжение можно рассчитать по приведенному ниже уравнению:

Где – количество электрического заряда, – расстояние между двумя полупроводниками, – диэлектрическая проницаемость вакуума, – относительная диэлектрическая проницаемость, – площадь полупроводника. Относительная диэлектрическая проницаемость воды (CH 3 OH) 2, и C 2 H 5 OH равна 78.3, 37,7 и 24,3 соответственно. Поскольку выходное напряжение обратно пропорционально относительной диэлектрической проницаемости жидкости, динамический полупроводниковый генератор C 2 H 5 OH-полупроводник показывает наилучшие характеристики. Таким образом, жидкость не должна быть полностью поляризована, чтобы напряжение генерации энергии было не таким высоким, как ожидалось, что требует системы материалов с более высокими уровнями Ферми. Мы также исследуем смачиваемость поверхности кремния различными жидкостями. Как показано на рисунке S7, когда объем жидкости составляет 50  мк л, краевой угол воды (CH 3 OH) 2 , C 2 H 5 OH и C 6 H 14 на Si подложке 35.9°, 27,6°, 11,3° и 8,8° соответственно, что указывает на то, что смачивание поверхности жидкостью также положительно связано с электрической мощностью. Далее мы можем провести некоторую гидрофильную обработку полупроводниковой подложки. Принимая во внимание преимущества капель воды, такие как обилие и отсутствие загрязнения, вода по-прежнему имеет наибольший потенциал для применения.

По сравнению с существующим генератором капель воды, этот динамический генератор PN с водяным соединением обладает преимуществом устойчивого генерирования постоянного тока без ограничения направления движения.Для проверки потенциального применения такого генератора были исследованы практические характеристики работы устройства при различном сопротивлении нагрузки. Как показано на рисунке 4(а), выходной ток и напряжение устройства зависят от сопротивления внешней нагрузки. С увеличением сопротивления нагрузки ток на выходе уменьшается с 0,44  мк А до 0,08  мк А, а выход по напряжению увеличивается с 25,77 мВ до 112,12 мВ соответственно. Затем соответствующую выходную мощность можно рассчитать как произведение рабочего напряжения и тока, как показано на рисунке 4(b).Согласно эквивалентной схеме устройства, максимальная мощность 22,9 нВт была достигнута при сопротивлении внешней нагрузки около 390 кОм Ом , что указывает на то, что внутреннее сопротивление устройства достигает 390 кОм Ом , что составляет близко к статическому устройству соединения PN. Это свойство низкого внутреннего сопротивления может в значительной степени снизить потери энергии, что указывает на его потенциальное применение в энергоснабжении схемных блоков.


Кроме того, для удовлетворения требований практического применения была реализована простая демонстрация многослойной структуры полупроводник-вода-полупроводник.Демонстрация этого динамического генератора кремний-вода-кремний показана на рисунке 4(c), который состоит из кремния P-типа, кремниевой пластины N-типа и воды. Две кремниевые пластины диаметром 2 дюйма приклеены к внутренней поверхности круглой пластиковой формы, а между двумя полупроводниками заключено некоторое количество воды. При встряхивании пластиковой формы капли воды свободно скользят между двумя полупроводниками и генерируют постоянное напряжение постоянного тока 0,11 В, как показано на рисунке 4(d). Эта непрерывность и стабильность выходного напряжения с ограниченными пиками указывает на потенциальную перспективу динамического генератора с водяным спаем PN в области носимых устройств и IoT.В нашей дальнейшей работе выходное напряжение может быть увеличено за счет разработки некоторой микромасштабной матричной структуры или увеличения высоты межфазного барьера путем вставки другого диэлектрического слоя в этот динамический генератор воды PN.

3. Заключение

В этой работе мы продемонстрировали надежный генератор постоянного тока на основе динамической сэндвич-структуры полупроводник-жидкость-полупроводник, который может собирать энергию от механического движения капли воды. Механизм можно объяснить процессом динамической поляризации воды как движущейся диэлектрической среды в динамическом водном переходе PN при разнице уровней Ферми двух полупроводников.При движении капли воды поляризационный баланс нарушается, и индуцированные поляризованные заряды отскакивают. Под действием непрерывно динамического поляризованного процесса индуцированные поляризованные электроны и дырки отскакивают от полупроводников N-типа и P-типа соответственно, образуя устойчивое электричество постоянного тока. В качестве представителя генератора было достигнуто напряжение до 0,3   В и ток до 0,64   мк А на основе структуры кремний-вода-кремний с согласованным внутренним сопротивлением с традиционными блоками схемы на основе PN-перехода.В качестве доказательства принципа был реализован герметизированный портативный генератор энергии с непрерывным и стабильным напряжением постоянного тока до 0,11 В, обеспечивающий новый и многообещающий способ сбора широко распространенной энергии капель воды. Этот генератор динамического перехода вода-полупроводник выявляет процесс динамической поляризации на границе раздела вода-полупроводник и демонстрирует потенциальные перспективы в области носимых устройств и Интернета вещей.

4. Материалы и методы
4.1. Приготовление кремниевых пластин

В эксперименте используются одиночные полированные кремниевые пластины N-типа с различным удельным сопротивлением, оксидные слои которых удаляются путем погружения в 10% вес. HF на 5 минут. Затем вода, ацетон и изопропиловый спирт используются для очистки поверхности перед изготовлением электрода. На неполированной стороне кремниевой пластины последовательно с помощью термического испарителя выращивают слой Ti толщиной 10 нм и слой Au толщиной 50 нм, образуя естественный омический контактный электрод с кремнием после отжига при 350°C.Тот же метод применяется для изготовления омического контактного электрода из одинарной полированной кремниевой пластины P-типа.

4.2. Физический метод измерения

Скорость полупроводника исследуется в процессе производства электроэнергии. В этом эксперименте движущаяся капля воды записывается высокоскоростной камерой от US Phantom под названием VEO 710 system. Затем скорость измеряется с помощью программного обеспечения для анализа обработки изображений под названием Image-Pro Plus от American MEDIA CYBERNETICS. Мультиметр Keithley 2010 используется для измерения напряжения и тока генератора с частотой дискретизации 25 с -1 , которым можно управлять с помощью системы сбора данных, управляемой LabView.

Доступность данных

Дополнительные материалы содержат дополнительные данные. Все данные, необходимые для оценки выводов статьи, имеются в статье или дополнительных материалах. Информация о переизданиях и разрешениях доступна в Интернете. Читатели могут прокомментировать онлайн-версию статьи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.

Вклад авторов

Ю. Х. Лу, Ю. Ф. Ян, X.Т. Ю и С. Чжоу внесли равный вклад в эту работу. С. С. Лин разработал эксперименты, проанализировал данные и задумал все работы. YH Lu, YF Yan, XT Yu и X. Zhou провели эксперименты, обсудили результаты и написали статью. С. Р. Фэн, К. Сюй, Х. Н. Чжэн и З. С. Ян обсудили результаты и помогли с экспериментами. Л. Дж. Ли и К. Х. Лю обсудили результаты, проанализировали данные и написали статью. Все авторы внесли свой вклад в написание статьи.

Благодарности

С.С. Линь благодарит за поддержку Национальный фонд естественных наук Китая (№ 51202216, 51502264, 61774135), К. Х. Лю благодарит за поддержку Пекинский фонд естественных наук (JQ19004), Пекинскую поддержку обучения выдающихся талантов (2017000026833ZK11), Бюро Промышленность и информационные технологии Шэньчжэня (№ 201

1512), Программа исследований и разработок в ключевых областях провинции Гуандун (№ грантов 2019B010931001, 2020B010189001). Проект финансируется Китайским фондом докторантуры (2019M660001) и Программой поддержки инновационного персонала постдокторантов (BX20180013).

Дополнительные материалы

Рисунок S1. Процесс динамической поляризации одной молекулы воды, заключенной между кремнием P-типа и кремнием N-типа. (а) Исходная структура моделирования. Рисунок S2. Разработана экспериментальная система измерения скорости движения динамического генератора водяного спая PN. Рисунок S3. Контактный угол капли воды с кремнием. Рисунок S4. Устойчивость устройства к температуре окружающей среды и влажности. Рисунок S5. Детальное влияние различного удельного сопротивления кремния N-типа на выходное напряжение.Рисунок S6. Оптимизация за счет увеличения высоты барьера интерфейса. Рисунок S7. Контактный угол воды (CH 3 OH) 2 , C 2 H 5 OH и C 6 H 14 на подложке Si, что указывает на смачиваемость поверхности различной жидкостью. (Дополнительные материалы)

Шунтовой генератор – обзор

Эксплуатация

Ток возбуждения создает магнитное поле, и ветряная турбина вращает ротор (якорь) генератора постоянного тока.Линии потока магнитного поля пересекают витки обмотки якоря и по закону Фарадея генерируют в них переменный ток и напряжение, которые выпрямляются коммутатором в постоянный ток и напряжение и через щетки ток поступает в нагрузку.

Обмотки возбуждения наматываются на полюса соблюдая полярность. То, как намотаны обмотки возбуждения, определяет тип машины постоянного тока. Если обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, то это последовательная машина. Если обмотка возбуждения параллельна обмотке якоря, то это шунтирующая машина.Однако обычно шунтирующий генератор используется в системах преобразования энергии ветра. Когда шунтирующая машина постоянного тока используется в качестве генератора, начальный поток поля создается за счет остаточного магнетизма. Иногда обмотку возбуждения заменяют постоянным магнитом, тогда генератор называют генератором постоянного магнита; это то, что используется для небольших генераторов ветряных турбин.

Ветряк вращает ротор генератора постоянного тока. Крутящий момент T d , развиваемый генератором, равен постоянной машины, K a , умноженной на магнитный поток, Ф, умноженный на ток якоря, I a .Предполагая магнитную линейность (т. Е. Поле пропорционально току, проходящему через обмотку возбуждения), уравнение. (3.15) применяется:

(3.15)Td=KaΦIa

Напряжение якоря холостого хода, создаваемое на щетках, E a , определяется как

(3.16)Ea=KaΦωm

5 Выходная мощность генератор постоянного тока,

P o , рассчитывается как

(3.17)Po=VtIL

, где I L — это линейный ток, а V t 2 90 — напряжение на клемме.

(3.18)Vt=Ea−IaRa

Эквивалентная схема шунтирующего генератора постоянного тока показана на рис. 3.32.

Рисунок 3.32. Эквивалентная схема шунтирующего генератора постоянного тока.

Генератор постоянного тока может найти свое применение там, где нагрузка требует только постоянного тока. Если требуется нагрузка переменного тока, то между генератором и нагрузкой необходимо установить инвертор. Несмотря на то, что генератор постоянного тока подходит для подачи постоянного тока, его сложная конструкция может привести к высокой стоимости, и это тяжелая машина, которая не очень подходит для применения в ветряных турбинах.Кроме того, щетки необходимо периодически менять, что увеличивает стоимость обслуживания. Кроме того, коллектор изготовлен из меди, которая является дорогим материалом. Кроме того, генератор постоянного тока не обладает надежностью и ремонтопригодностью. Поэтому может быть трудно оправдать его применение в ветроэнергетике.

Пуск двигателя генераторной установки | MacAllister Power Systems

Запуск двигателя является важным вопросом, который необходимо учитывать при использовании генераторной установки. Большой ток, потребляемый двигателями при запуске, вызывает провалы напряжения в системе.Для этого может потребоваться увеличение мощности генератора или применение методов запуска двигателя, поддерживающих падение напряжения на приемлемом уровне для вашей системы и подключенных к ней компонентов.

Двигатели, как загруженные, так и ненагруженные, при запуске потребляют в несколько раз больше номинального тока при полной нагрузке. Это называется током заторможенного ротора или пусковым кВА (SkVA). SkVA рассчитывается по току заторможенного ротора следующим образом:

СкВА = В x А x 1,732 / 1000

Пусковой ток двигателя вызывает быстрое падение выходного напряжения генератора.В большинстве случаев 30-процентное падение напряжения допустимо, в зависимости от оборудования, которое у вас уже есть. Степень провала необходимо определять с помощью осциллографа, так как механические самописцы слишком медленные.

Варианты запуска двигателя

Если у вас есть приложение, в котором запуск двигателя вызывает беспокойство, примите во внимание следующее:

  • Измените последовательность запуска, начиная с самых мощных двигателей. Доступно больше SkVA, хотя это не обеспечивает лучшего времени восстановления напряжения.
  • Используйте пускатели пониженного напряжения. Это снижает количество кВА, необходимое для запуска двигателя генератора. Если вы запускаете двигатель под нагрузкой, помните, что этот метод запуска также снижает пусковой момент.
  • Укажите слишком большие генераторы.
  • Используйте двигатели с фазным ротором, так как они требуют меньшего пускового тока. Однако обычные двигатели с обмоткой стоят дороже.
  • Обеспечьте муфты, чтобы двигатели запускались до приложения нагрузки. Пока потребление SkVA не снижается, временной интервал высокого потребления kVA сокращается.
  • Увеличьте коэффициент мощности системы. Это снижает потребность в генераторной установке для производства реактивной кВА, предоставляя больше кВА для запуска.
  • Используйте мотор-генератор. Двигатель приводит в действие генератор, который, в свою очередь, подает питание на запускаемый двигатель. Эта система работает непрерывно, и скачок тока, вызванный запуском двигателя оборудования, изолирован от остальной нагрузки.

Следите за падением напряжения

На запуск двигателя влияет конструкция двигателя и генератора, а также нагрузка на двигатель.Начальное падение напряжения в основном зависит от обмоток двигателя и генератора. Добавление последовательного усиления к регулятору или использование возбудителя с постоянными магнитами не уменьшит этот провал значительно.

Допустимая величина провала напряжения зависит от типа оборудования на линии. Пусковые контакторы двигателя могут размыкаться, если напряжение падает ниже 65 процентов от номинального.

Двигатели потребляют пусковой ток, в восемь раз превышающий нормальный рабочий ток. Предварительные нагрузки на двигатели не изменяют максимальные пусковые токи, но определяют время, необходимое двигателям для достижения номинальной скорости и тока, чтобы вернуться к нормальному рабочему значению.Если двигатели чрезмерно загружены, они могут не запуститься или работать с пониженной скоростью.

Двигатели, подключенные непосредственно к центробежным устройствам с высокой инерцией или поршневым компрессорам с нагрузкой, вызовут серьезные колебания частоты и длительный разгон двигателя. Сравнение пускового тока между нагруженными и ненагруженными двигателями показывает, что нагруженные двигатели в течение длительного времени требуют высокого тока.

При указании нагрузки двигателя, мкВА и допустимого падения напряжения в системе спецификатору генераторной установки важно убедиться, что вы оцениваете мгновенное падение напряжения генератора в системе.Мгновенное падение напряжения — это фактическое максимальное падение напряжения при приложении нагрузки двигателя.

Некоторые производители генераторных установок определяют падение напряжения как «устойчивое» падение напряжения. Длительное падение напряжения рассчитывается путем игнорирования фактического падения напряжения в течение первых нескольких циклов запуска двигателя, когда падение напряжения является максимальным, а затем усреднения падения напряжения в течение части периода восстановления. Это в значительной степени объясняет фактическое падение напряжения, которое испытывает любое оборудование, подключенное к системе, и может вызвать проблемы в системе и оборудовании из-за более высокого мгновенного падения напряжения.

Если у вас есть вопросы по запуску двигателя, свяжитесь с нами. Мы поможем вам избежать серьезных проблем с оборудованием.

Влияет ли увеличение коэффициента мощности на генератор

Слишком высокий или низкий коэффициент мощности влияет на работу генератора, в основном при полной нагрузке.

Коэффициент мощности cosφ=активная мощность/полная мощность

При полной активной нагрузке коэффициент мощности слишком высок, то есть реактивная мощность слишком мала, что снижает запас реактивной мощности системы, что влияет на стабильность генератора.Хотя экономика улучшается, в долгосрочной перспективе это происходит в обмен на увеличение вероятности несчастных случаев. В случае аварийной ситуации генератор может не выдержать небольших возмущений или колебаний, может выйти из строя.

Кроме того, низкая реактивная мощность вызовет падение напряжения на клеммах генератора, что повлияет на вспомогательную мощность. Ток, потребляемый двигателем, увеличивается, что приводит к снижению напряжения, создавая порочный круг, который может привести к тому, что вся система потеряет свою стабильную работу и разрушится.

1. Слишком высокий коэффициент мощности также увеличит вероятность работы фазы генератора и приведет к легкому нагреву конца генератора.

2. Если он слишком низкий, реактивная мощность слишком высока, ток возбуждения возрастает, температура обмотки ротора повышается, срок службы сокращается.

3. Слишком низкое значение приводит к повышению напряжения генераторной установки, увеличению плотности магнитного потока в сердечнике, увеличению потерь и повышению температуры сердечника.

Когда генератор работает с номинальной нагрузкой, коэффициент мощности слишком низкий, ток возбуждения и ток статора генератора увеличиваются, что приводит к нагреву оборудования, увеличению вероятности старения оборудования, срабатывания переключателя и т. д. на.

При нормальном контроле работы его следует отрегулировать в соответствии с напряжением. При низком напряжении должно генерироваться больше реактивной мощности, а при высоком напряжении должно генерироваться меньше реактивной мощности. Регулируя соотношение активной мощности и реактивной мощности, управляющего напряжения и рабочего тока, убедитесь, что генератор работает в безопасных и экономичных условиях.

Регулировка коэффициента мощности генератора

1. Коэффициент мощности большинства генераторов равен 0.8, а индивидуальный коэффициент мощности может достигать 0,85 или 0,9.

В нормальных условиях при изменении коэффициента мощности от номинального значения до 1,0 выходная мощность генератора может оставаться неизменной, но для сохранения статической устойчивости системы требуемый коэффициент мощности не может превышать 0,95, т. е. реактивная нагрузка должна быть не менее 1/3 активной нагрузки. Когда коэффициент мощности генератора ниже номинального значения, температура ротора будет увеличиваться из-за увеличения тока ротора.В это время следует отрегулировать нагрузку, чтобы уменьшить выходную мощность генератора. В противном случае температура ротора может превысить предел.

Поэтому дежурный персонал должен обратить внимание на регулировку нагрузки, чтобы ток ротора не превышал допустимого значения при температуре охлаждающего воздуха на входе. В целом коэффициент мощности в районе 0,8-0,9! Это основано на параметрах коэффициента мощности, заданных блоком, и требованиях электросети. Если генераторная установка пиковая, она может быть разной в течение дня и ночи.

2. Чем больше реактивной мощности вырабатывает генераторная установка , тем меньше будет коэффициент мощности. Когда выходная мощность генератора остается неизменной, напряжение на конце генератора будет расти. Чем больше реактивная мощность, тем больше будет ток возбуждения, повысится температура статора и ротора агрегата, если она будет слишком высокой, это также может повлиять на их изоляцию. И наоборот, если коэффициент мощности слишком высок, реактивная мощность, генерируемая блоком, будет очень малой, а также уменьшится напряжение на клеммах, что снизит стабильность работы и повлияет на работу генераторной установки.

Поэтому, когда блок работает, обратите внимание на напряжение на клеммах при указанном значении и убедитесь, что блок не работает в фазе.

3. Для обеспечения стабильной работы дизель-генератора коэффициент мощности генератора, как правило, не должен превышать 0,95 поздней фазы, или реактивная нагрузка должна быть менее 1/3 активной нагрузки. Если генератор автоматически настраивает устройство возбуждения для запуска, генератор может работать в течение короткого времени с коэффициентом мощности 1.0, когда это необходимо. Продолжительная работа приведет к колебаниям генератора и его асинхронности. В настоящее время крупные агрегаты в основном не допускаются к поэтапному вводу в эксплуатацию, а некоторые крупные агрегаты проходят поэтапные испытания, эксплуатационный персонал должен своевременно приспосабливаться к ситуации с генераторной установкой.

Испытания показывают, что при коэффициенте мощности 0,7 мощность генератора снижается на 8%. Поэтому при работе генератора, если коэффициент мощности ниже номинального значения, дежурный персонал должен своевременно отрегулировать его так, чтобы максимально довести выходную мощность до допустимого значения, а ток ротора не должен превышать номинальное значение.

При длительной эксплуатации допускается изменение напряжения генератора в пределах ±5% от номинального значения, при этом напряжение снижается на 5%, а ток может быть увеличен на 5%. Это связано с тем, что снижение напряжения уменьшит потребление железа. Если напряжение слишком низкое или слишком высокое, это повлияет на текущую операцию. Во-первых, при слишком высоком превышении температуры обмоток ротора может превысить допустимое значение. Напряжение генерируется реакцией магнитного поля.Сила магнитного поля связана с величиной тока возбуждения. Если активный выход поддерживается постоянным, а напряжение увеличивается, ток возбуждения увеличивается, поэтому температура повышается.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.