PRÍKLAD:
Cudzobudené dynamo s konštantou vinutia 20, magnetickým tokom 0,2 Wb a odporom kotvy 1 Ω je zaťažené odporom 20 Ω. Poháňané je otáčkami 1500 otáčok za minútu.
Vypočítajte svorkové napätie dynama a prúd kotvy.

5.3.1. Dynamá

 

Stator a rotor

Stator

Je vytvorený budenou cievkou (neuvažujeme situáciu s permanentným magnetom, ako to je v prípade dynama na bicykli, kde by nebolo možné cievku budiť) a týmto spôsobom vytvorí magnetické pole MP s magnetickým tokom Φ.

Rotor

Tiež povedané kotva, je vytvorený cievkou, ktorú vkladáme do statorového magnetického poľa MP .V tomto statorovom MP rotorovou cievkou pohybujeme, čo má za následok vznik indukovaného napätia na svorkách rotora A1 a A2. Indukované napätie Ui je striedavé, ktoré komutátorom usmerníme a z kefiek odoberáme jednosmerné.
Ui je indukované napätie, ktoré sa objaví medzi kefkami pri chode naprázdno :
Ui = n . kv . Φ kde:
- kv - konštanta vinutia daná konštrukciou rotora
- n - dodávané otáčky do rotora
- Φ - magnetický tok statora
Ak na svorky pripojíme záťaž, začne ňou pretekať prúd I.

Schematická značka jednosmerného dynama:

Stator a rotor - schematická značka

Vyplýva z jeho hlavných častí a funkcie.
Druhý Kirchhoffov zákon pre zaťažený rotor (na jeho svorky je pripojený spotrebič, napr. žiarovka na bicykli) :
U + I . Rk - Ui = 0

Zaťažené dynamo

z toho pre napätie na zaťažených svorkách platí : U = Ui - I . Rk
Napätie I . Rk je úbytok napätia na rotore, ktorý vznikne v dôsledku prechodu prúdu cez konštrukciu rotora.
Pre napätie na nezaťažených svorkách, čiže napätie naprázdno platí : U = Ui = U0

Nezaťažené dynamo

Dynamo s cudzím budením

Dynamo s cudzím budením

Je to dynamo, ktoré na vytvorenie budiaceho prúdu nevyhnutného na vznik statorového magnetického poľa využíva cudzí zdroj. Ten dodáva do obvodu zloženého zo statorovej cievky so svorkami F1 a F2 a regulovateľného odporu budiaci prúd Ib. Regulovateľným odporom vieme meniť hodnotu Ib a následne magnetický tok Φ, čiže aj výsledné indukované napätie Ui.
Do statorového MP s tokom Φ vložíme rotor vytvorený rotorovou cievkou - kotvou so svorkami A1 a A2.
Odpor kotvy Rk je odpor daný konštrukciou kotvy.
Rotorovú cievku roztočíme a na jej koncoch sa indukuje Ui priamoúmerné toku Φ.
Svorky rotorovej cievky sa pre nás stávajú zdrojom jednosmerného napätia. Jednosmerného preto, lebo vyrobené - indukované striedavé napätie sme previedli cez komutátor, usmernili a zo zberačov - kefiek odoberáme jednosmerné.
Z uvedeného vieme zostrojiť dve charakteristiky
naprázdno - charakteristiku vyjadrujúcu závislosť : U = f (Ib)

Charakteristika naprázdno

zaťažovaciu charakteristiku - charakteristiku zdroja : U = f ( I )

Zaťažovacia charakteristika

Z charakteristiky vyjadrujúcej závislosť U = f ( Ib ) vieme odčítať hodnotu Ib, pri ktorej dynamo nadobudne hodnotu U0
Z charakteristiky vyjadrujúcej závislosť U = f ( I ) vieme zistiť správanie sa dynama - zdroja.
Je to vlastne zaťažovacia charakteristika zdroja, ktorá na osi y vychádza z bodu U0, čomu zodpovedá nulová hodnota prúdu na záťaži (stav naprázdno) a os x pretína v bode Ik (skrat).
Z klesania priamky vieme zistiť, či ide o
mäkký zdroj - priamka klesá prudko, čo znamená že zdroj má veľký vnútorný odpor (odpor kotvy)

Mäkký zdroj

tvrdý zdroj- priamka klesá nepatrne a zdroj si drží svoju hodnotu aj pri väčšom záťažovom prúde, čo znamená, že má malý vnútorný odpor.(podrobnejšie údaje obsahuje Elektrotechnika I - zdroje)

Tvrdý zdroj

Derivačné dynamo

Derivačné dynamo

Derivačné dynamo vyrobí prúd I, ktorý sa rozdelí na budiaci prúd Ib a prúd tečúci do záťaže Iz.
Z toho vyplýva, že derivačné dynamo nepotrebuje na vytvorenie statorového magnetického poľa cudzí zdroj, ale magnetické pole vytvára z "vlastnej výroby".
Cudzí zdroj potrebuje len pri prvotnom budení statorového magnetického poľa.
Opäť vieme zostrojiť dve charakteristiky
- charakteristiku vyjadrujúcu závislosť : U = f (Ib)

Charakteristika naprázdno

- charakteristiku zdroja : U = f ( I )

Zaťažovacia charakteristika

Charakteristika U = f ( I ) bude taká istá ako u cudzobudeného dynama - je to zrejmé, lebo táto charakteristika opisuje výstup z dynama, a ten je rovnaký v oboch prípadoch.
Iná situácia je na charakteristike U = f (Ib) , kde v prípade derivačného dynama musí zahrnúť stav ako u cudzobudeného dynama, ale aj rešpektovať fakt, že k rotoru je stator paralelne pripojený - to znamená, že U0 sa objaví nie len na rotore, ale aj na vinutí statora.
Z toho vyplýva, že k pôvodnej charakteristike pribudne ešte priamka U = Rb . Ib.
U0 získame ako priesečník U = f (Ib) a U = Rb . Ib
Sklon priamky U = Rb.Ib zjavne závisí od hodnoty Rb, čo znamená, že : Priamka Rb . Ib vychádza z bodu Ur , čo je remanentné - zvyškové napätie.

Riešenie príkladu:

Dynamo

Ui = kv . Φ . n
Ui = 20 . 0,2 Wb . 1500 ot./ min. = 20 . 0.2 Wb . (1500 / 60) ot./ s
Ui = 100 V

I =Ui / (Rk + R)
I = 100 V / (20Ω + 1Ω) = 100 V / 21 Ω
I = 4,9 A

U = R . I
U = 20Ω . 4,9 A
U = 98 V

Kontrolné otázky

1. Nakreslite schematickú značku dynama.
2. Akými písmenami označujeme svorky rotora, svorky statora cudzobudeného dynama a svorky derivačného dynama.
3. Aký vzťah vyjadruje napätie na záťaži dynama?
4. Čím sa líši cudzobudené a derivačné dynamo v princípe výroby Ui ? Nakreslite schému oboch typov dynám.
5. Ako sa líši charakteristika U = f (Ib) u ncudzobudeného a derivačného dynama ?

Na začiatok