Erzeugt ein Generator Spannung oder Strom?

Ich weiß, dass diese Frage für + 90% von Ihnen sehr dumm klingt, aber mein Gehirn bekommt die Stromerzeugung nicht wirklich.

Was ich nicht verstehe, ist, was ein Generator erzeugt, Spannung oder Strom, wenn er sich dreht? Manchmal sehe ich, dass ein Generator x Potential und y Strommenge erzeugen kann.

Ich gehe von den Grundlagen der Elektrizität aus. Ein sich drehender / bewegender Magnet bewirkt, dass sich die Elektronen in eine Richtung bewegen und aufgrund der Änderung der kinetischen Energie ein Potential erzeugen, oder? Wenn man also ein Multimeter an beiden Klemmen anschließen würde, würde man die Spannung ablesen. Ich habe das getan und es ist leicht zu verstehen. Jetzt beginnen mich die Dinge zu verwirren.

Manchmal kann man an den Spezifikationen erkennen, dass ein Motor einen bestimmten Strom liefern kann, und das verstehe ich nicht. Der Strom hängt mit dem Potential durch das Ohmsche Gesetz zusammen, oder? Mit anderen Worten, der Strom hängt nur vom Widerstand einer Last (oder eines Drahtes) und dem Potential ab. Außerdem fließt der Strom nur, wenn ein Spannungsgradient / -abfall vorliegt. Warum ist bei Generatoren wie diesem der Strom angegeben ?

Was mich verwirrt, ist diese intrinsische Kombination von Spannung und Strom am Generator. Kann mir jemand helfen, das zu verstehen? Vielen Dank und Entschuldigung, dass Sie den IQ dieser Gruppe gelöscht haben.

Intern erzeugt ein Generator eine Spannung proportional zu seiner Drehzahl.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass eine konstante Spannung immer aus einem Generator mit einer festen Drehzahl kommt. Die Wicklungen und andere Teile des Generators haben einen gewissen elektrischen Widerstand. In erster Näherung können Sie sich einen Generator als eine zur Drehzahl proportionale Spannungsquelle mit einem festen Widerstand in Reihe vorstellen.

Wenn aufgrund einer Belastung des Generators Strom fließt, passieren zwei Dinge:

1. Der Strom verursacht einen Spannungsabfall über dem Innenwiderstand des Generators. Die Spannung, die Sie vom gesamten Generator erhalten, ist die interne Spannung abzüglich dieses Spannungsabfalls.

2. Der Strom durch den Generator verursacht ein Drehmoment, das der Wellendrehung entgegengesetzt ist. So erzeugen Generatoren keinen magischen Strom. Die Eingangsleistung ist Drehmoment mal Drehzahl. Die Ausgangsleistung beträgt Volt mal Ampere. Wenn die Verstärker steigen, steigt die Ausgangsleistung. Dies führt jedoch dazu, dass das Drehmoment auf der Welle steigt, sodass auch die Eingangsleistung steigt. Die Eingangsleistung ist immer mindestens so hoch wie die Ausgangsleistung. In der Physik gibt es kein kostenloses Mittagessen, und Generatoren halten sich an die Gesetze der Physik.

Nehmen wir zum Beispiel an, ein bestimmter Generator erzeugt, wenn er mit 60 Hz (3600 U / min) gedreht wird, 50 V RMS ohne Last. Keine Last bedeutet, dass der Strom 0 ist, sodass der Spannungsabfall über dem Innenwiderstand Null ist. Daher können Sie ohne Last die tatsächliche interne Spannung sehen, die der Generator erzeugt.

Nehmen wir weiter an, der Innenwiderstand beträgt 2 Ω. Wenn Sie eine 75 Ω-Last an den Generator anschließen, sieht die interne Spannungsquelle jetzt den Innenwiderstand und Ihre Last in Reihe als ihre Last. Das heißt, die Last an der internen Spannungsquelle beträgt 77 Ω. Der Strom beträgt (50 V) / (77 Ω) = 649 mA. Der Abfall über den unvermeidbaren Innenwiderstand beträgt (649 mA) (2 Ω) = 1,3 V. Sie erhalten daher 48,7 V bei 649 mA.

Die gesamte elektrische Leistung, die der Generator erzeugt, beträgt (50 V) (649 mA) = 32,5 W. Davon erwärmt (1,3 V) (649 mA) = 844 mW den Generator und Sie erhalten tatsächlich (48,7 V) (649 mA) ) = 31,6 W aus. Das Rückwärtsdrehmoment auf der Welle, das durch das 649-mA-fache der Wellendrehzahl erzeugt wird, beträgt 32,5 W plus alles, was zur Überwindung der mechanischen Reibung erforderlich ist.

Wenn Sie den Ausgang des Generators kurzschließen würden, würde der maximal mögliche Strom fließen. Sie werden jedoch nicht ausgeschaltet, da die Spannung Null ist. Der gesamte vom Generator erzeugte Strom fließt in die Erwärmung seines Innenwiderstands. Der Widerstand auf der Welle wäre hoch. Wenn Sie es trotzdem schaffen würden, den Generator mit der gleichen Drehzahl weiter zu drehen, würden Sie viel mechanische Leistung einbringen, und alles würde sich im Generator in Wärme verwandeln. Für viele echte Generatoren würde dies sie in relativ kurzer Zeit überhitzen und zerstören.

Hinzugefügt

Die obige Diskussion war für Basisgeneratoren. Anscheinend sind einige daran interessiert, Lichtmaschinen zu diskutieren. Dies sind heutzutage komplette Einheiten mit Gleichrichtern, Reglern und Rückkopplungen, für die das oben Gesagte nicht gilt. Es gilt zwar für den bloßen Generator in einer Lichtmaschine, aber Sie haben keinen direkten Zugriff darauf, und seine Funktionsweise wird von der Steuerung aktiv geändert und verdeckt.

Manchmal kann man an den Spezifikationen erkennen, dass ein Motor einen bestimmten Strom liefern kann, und das verstehe ich nicht. Der Strom hängt mit dem Potential durch das Ohmsche Gesetz zusammen, oder?

Nicht so wie du denkst.

Ja, wenn Sie eine Last mit niedrigerem Widerstand anschließen, steigt der Strom an, wenn die Ausgangsspannung des Generators konstant bleibt. Dies wird durch .$I = \frac {V}{R}$

Es gibt jedoch einige Grenzen, einschließlich Details wie der maximalen Strombelastbarkeit der Wicklungen. Der Motor kann immer mehr Strom liefern, aber die Wicklungstemperatur steigt mit der Zeit und Sie werden sie irgendwann ausbrennen. Als Faustregel gilt, dass jeder Anstieg der Betriebstemperatur um 10 ° C die Lebensdauer der Wicklung halbiert.

Mit anderen Worten, der Strom ist nur vom Widerstand einer Last (oder eines Drahtes) und vom Potential abhängig.

Ja, wie oben erklärt.

Außerdem fließt der Strom nur, wenn ein Spannungsgradient / -abfall vorliegt.

Ja. Ein Unterschied in der Spannung oder im "Potential" zwischen zwei Punkten führt dazu, dass Strom fließt. Es ist ein bisschen wie zwei Wassertanks, die durch einen Schlauch verbunden sind. Das Wasser fließt, bis die Füllstände gleich sind. Der Strom fällt ab, wenn der Höhenunterschied abnimmt.

Warum ist bei Generatoren wie diesem der Strom angegeben?

Dies ist die Entwurfsgrenze für die Ausgabe.

Update: Ich habe den Link "this one" in der Frage verpasst.

Das sieht aus wie eine Lichtmaschine, daher ist die Situation etwas komplizierter. Zum Laden einer Autobatterie sind> 14 V erforderlich, sodass der Ausgang nominal 12 V beträgt, jedoch eher 14 V. Wenn Sie die Spannung einer Autobatterie überwachen, während jemand den Motor vom Leerlauf auf mittel dreht, kann es zu einem Spannungsanstieg kommen. (Sie werden auch sehen, wie die Scheinwerfer merklich aufhellen.) An dieser Lichtmaschine befindet sich ein Regler, der den Feldwicklungsstrom so einstellt, dass die Spannung nahe am angegebenen Ausgang bleibt - wahrscheinlich 14 V oder so.

In Fahrzeugen gibt es einen Unterschied zwischen Generatoren und Lichtmaschinen.

Erstens ist das auf dem Foto gezeigte kein (Gleichstrom-) "Generator", sondern ein Wechselstromgenerator, der eine Diodenbrücke (3 Phasen, 6 Dioden) zum Gleichrichten in Gleichstrom enthält.

Stellen wir sicher, dass Sie dies zuerst verstehen.

Ursprünglich wurden Generatoren mit Kommutierungswicklungen mit Bürsten verwendet, die mit Rotorwicklungen in Kontakt kamen, um die Wechselspannung wieder auf Gleichstrom umzuschalten.

Aufgrund von Bürstenbogenfehlern in den späten 60er Jahren wurden diese mit Lichtmaschinen überarbeitet, die stattdessen Kupfer-Schleifringe verwenden, um den Rotor mit Gleichstrom zu versorgen, was wir als selbsterregend bezeichnen, da er die gleichgerichtete Ausgangsspannung verwenden kann, um den Rotorstrom so anzuregen, dass sich der Rotor dreht Der Fluss kann den Ausgangswechselstrom effektiv erhöhen, der durch die zum Drehen der Riemenscheibe geleistete Arbeit verstärkt und durch die Ausgangsspannung mit einem Regler mit fester Niederspannungsreferenz auf 14,2 V geregelt wird.

Als nächstes wissen wir, dass Motoren / Generatoren und Lichtmaschinen eine EMF-Spannung ohne Last proportional zur Drehzahl erzeugen. In diesem Fall steuert der Regler jedoch den "Feldstrom" des Rotors (rotierender Gleichstrom), um auch die Spannung zu regeln, wenn sich die Drehzahl ändert. Unterhalb einer bestimmten Drehzahl kann jedoch kein Feldstrom die Spannung erhöhen, dies ergibt nur eine Stromverstärkung.

Die Drehzahl erzeugt also die Spannung, während der Feldstrom automatisch den vom internen Spannungsregler und dem Laststrom bestimmten Ausgangsstrom regelt (Ohmsches Gesetz, Vout = Iout (Last) * R (Last)). So nimmt der Feldstrom bei steigender Drehzahl bei fester Last natürlich ab.

Wir wissen jedoch, dass die Last auch die Spannung durch das Impedanzverhältnis beeinflusst. Daher muss die Quellenimpedanz niedriger sein als alle erwarteten Lasten, mit Ausnahme des Anlassers, der eine viel niedrigere Impedanz hat, aber wie ein Generator einen Kommutator mit schweren Kupferbürsten hat.

Der Generator erzeugt also sowohl Spannung als auch Strom, der durch Drehzahl und Feldstrom geregelt wird. Wir sagen also, dass er Strom erzeugt, der von der Last abhängt. Da das verfügbare Drehmoment von einem Serpentinenriemen hoch ist, kann es eine Unterspannung unter 500 U / min sein, aber in der Lage sein, die volle Leistung bei 1200 U / min oder so unter Verwendung einer Motordrehzahl zu liefern, die durch Riemenscheibenverhältnisse auf die Generatordrehzahl skaliert ist.

Kurz gesagt (kein Wortspiel beabsichtigt, da dies die 6-Dioden-Brücke bei hoher Drehzahl sprengen würde), ist der Generator eine spannungsgeregelte stromgesteuerte Stromquelle mit fester Drehzahl, die den gesamten Strom liefert, der zum Laden der Batterie und anderer Lasten benötigt wird. Es muss für den Strom geeignet dimensioniert sein, da der Batterie-ESR den maximalen Strom bestimmt, um die Spannung auf 14,2 V zu erhöhen, und der Batterie-ESR mit steigender CCA-Kapazität (wenn neu) abnimmt, die zum Drehen eines großen LKW-Anlassers erforderlich ist.

Nebenwirkungen von nicht übereinstimmender Lichtmaschine und Batterie

Obwohl ein lauffähiges Fahrzeug ohne Batterie betrieben werden kann, muss die Lichtmaschine die Stromkapazität bei korrekter geregelter Spannung, Spannung und Strom haben, um die erwarteten Anforderungen zu erfüllen. Die größte Last ist eine unterladene Batterie. Wenn die Batterien altern, wird jede Zelle unpassender und die schwächste Zelle kann den Elektrolyten aus der Überspannung des überschüssigen Generatorstroms auf 14,2 V kochen. Anstelle von 14,2 / 6 = 2,366 V pro Zelle altert alles, was 10% höher ist, die Batterie schnell. Wenn Sie also eine größere Lichtmaschine in eine alte Batterie einbauen, kann dies schneller als normal zum Ausfall der Batterie führen.

Betrachten wir eine neue 1000-Ampere-CCA-Batterie, die im warmen Zustand eine CA-Leistung von 1200A hat. Dies bedeutet, dass der ESR (12,5 V - 7,5 V) / 1000 A = 5 mΩ vom Standardtest bei Abfall auf 7,5 V und dem Ohmschen Gesetz beträgt. Was ist also der maximale Strom, um die Batterie von 12 V (unterladen) auf 14,2 V anzuheben? Wieder nach dem Ohmschen Gesetz (14,2-12) V / 5 mΩ = 440 Ampere !! Glücklicherweise können die Dioden kurzzeitig über Stromperioden hinweg arbeiten und der schwache Generator könnte seine Dioden braten, während ein stärkerer Generator möglicherweise mehr U / min benötigt, um die Spannung auf 14,2 zu erhöhen, bis der Ladepegel ansteigt.

Daher sind der Generatorstrom und der Batterie-CCA für jedes Fahrzeug so ausgelegt, dass die Lebensdauer bei geringsten Kosten durch sorgfältige Auswahl der nicht übereinstimmenden Dioden-ESR- und Batteriezellen-ESR-Fehlanpassung aufgrund der Alterung erhöht wird. Aus diesem Grund halten sie manchmal nicht lange nach dem Ersetzen des einen oder anderen. Dies wird durch übermäßige Einstellungen des V-Reglers und schlecht dimensionierte oder gewartete Batterien noch verstärkt. (verzogene Teller aus kurzen Shorts), Backen bei übermäßiger Umgebungstemperatur in der Sonne in Arizona. etc etc. etc.

Entschuldigen Sie die lange Antwort, ich hoffe, dies hat Ihren IQ für Lichtmaschinen erhöht. Dies ist komplizierter, da der Regelkreis eine stromgesteuerte Stromquelle (CCCS) mit einer Spannungsreferenz ist, um einen Ausgang von 14,2 V +/- 0,1 zu erhalten. Dies führt dazu, dass es zu einer geregelten Spannungsquelle wird. Die anderen Antworten zu diesem Zeitpunkt erwähnen dies überhaupt nicht.

Ein kurzgeschlossener Generator erzeugt den maximalen Strom; Dieser Strom in den Generatorspulen wirkt dem von den "Magneten" bereitgestellten Feld entgegen und implementiert ein Rückkopplungssystem durch Flussknicken, Flussgegensetzung und damit partielle Flussunterdrückung.

Diese teilweise Flussunterdrückung begrenzt das interne "B" -Feld der Spulen.