Generadur Trafodaeth Cwestiynau Enghreifftiol
Mae generadur yn ddyfais electromagnetig sy'n trosi ynni mecanyddol yn ynni trydanol trwy egwyddor anwythiad electromagnetig. Y mathau mwyaf cyffredin o generaduron a ddefnyddir yw generaduron cydamserol a generaduron anghydamserol (neu anwythiad). Bydd yr erthygl hon yn darparu sawl problem enghreifftiol a thrafodaeth am generaduron i ddyfnhau ein dealltwriaeth o'u hegwyddorion gweithio, cydrannau a chymwysiadau mewn cylchedau trydanol.
Egwyddor Gweithio Generadur
Mae egwyddor sylfaenol sut mae generadur yn gweithio yn seiliedig ar Gyfraith Anwythiad Electromagnetig Faraday, sy'n nodi y bydd newid mewn fflwcs magnetig mewn dolen o wifren yn cynhyrchu grym electromotif (EMF). Mae generadur yn cynnwys sawl prif gydran:
1. Rotor: Y rhan sy'n cylchdroi.
2. Stator: Y rhan llonydd, lle mae'r wifren solet neu'r coil wedi'i gosod.
3. Maes Magnetig: Wedi'i gynhyrchu gan fagnetau parhaol neu electromagnetau.
Cwestiynau Enghreifftiol a Thrafodaeth
Cwestiwn 1: Cyfrifo Foltedd Anwythol
Cwestiwn: Mae gan generadur 50 tro ar y coil stator. Os yw cyflymder cylchdro'r rotor yn 1200 rpm (cylchdroadau'r funud) a bod y fflwcs magnetig trwy un tro yn newid 0,02 Wb, beth yw'r Foltedd Anwythol (EMF) a gynhyrchir gan y generadur?
Trafodaeth: I gyfrifo'r foltedd ysgogedig gallwn ddefnyddio hafaliad Cyfraith Faraday:
\[ \text{EMF} = -N \frac{d\Phi}{dt} \]
Ble:
– \( N \) yw nifer y troadau,
– \( \Phi \) yw'r fflwcs magnetig, a
– \(t \) yw amser.
Y cam cyntaf yw trosi'r cyflymder o RPM i RPS (cylchdroadau'r eiliad):
[1200 RPM = 1200}{60 RPS = 20 RPS]
Mae'r fflwcs yn newid gyda phob chwyldro, felly mae amledd newid y fflwcs yr un fath â'r amledd cylchdro, sef 20 Hz. Felly, y newid mewn fflwcs yr eiliad (\( \frac{d\Phi}{dt} \)) yw:
[ \frac{d\Phi}{dt} = 0,02 \text{ Wb} \times 20 \text{ Hz} = 0,4 \text{ Wb/s} \]
Felly, y foltedd ysgogedig sy'n deillio o hyn yw:
\[ \text{EMF} = -50 \times 0,4 \text{ V} = -20 \text{ V} \]
Gan fod EMF yn werth absoliwt, y foltedd ysgogedig sy'n deillio o hyn yw 20 V.
Cwestiwn 2: Pŵer Allbwn Generadur
Cwestiwn: Os yw'r generadur yn y cwestiwn blaenorol yn llifo trwy lwyth gwrthiannol o 10 ohms, faint o bŵer trydanol sy'n cael ei gynhyrchu?
Trafodaeth: Yn gyntaf, rydym yn cyfrifo'r cerrynt trydan gan ddefnyddio Cyfraith Ohm:
\[ I = \frac{V}{R} = \frac{20 \text{ V}}{10 \text{ ohm}} = 2 \text{ A} \]
Gellir cyfrifo'r pŵer trydanol a gynhyrchir gan ddefnyddio'r fformiwla:
\[ P = V \times I = 20 \times{ V} \times 2 \times{ A} = 40 \time{ W} \]
Felly, y pŵer trydanol a gynhyrchir yw 40 wat.
Cwestiwn 3: Effeithlonrwydd Generadur
Cwestiwn: Mae gan generadur bŵer mewnbwn mecanyddol o 60 wat a phŵer allbwn trydanol o 45 wat. Beth yw effeithlonrwydd y generadur?
Trafodaeth: Gellir cyfrifo effeithlonrwydd generadur gan ddefnyddio'r fformiwla:
\[ \eta = \frac{P_{\text{allan}}}{P_{\text{mewn}} \times 100\% \]
Ble:
– \( P_{\text{out}} \) yw'r pŵer allbwn trydanol,
– \( P_{\text{in}} \) yw'r pŵer mewnbwn mecanyddol.
Felly'r effeithlonrwydd yw:
\[ \eta = \frac{45 \text{ W}}{60 \text{ W}} \times 100\% = 75\% \]
Cwestiwn 4: Amledd y Foltedd AC a Gynhyrchir
Cwestiwn: Mae gan generadur cydamserol 4 polyn ac mae'n cylchdroi ar 1800 rpm. Beth yw amledd y foltedd AC a gynhyrchir?
Trafodaeth: Gellir cyfrifo amledd y foltedd AC a gynhyrchir gan generadur cydamserol gan ddefnyddio'r fformiwla:
\[ f = \frac{P \times N}{120} \]
Ble:
– \( P \) yw nifer y polion,
– \( N \) yw'r cyflymder cylchdro mewn RPM.
Amnewidiwch y gwerthoedd a roddir:
[f = \frac{4 \times 1800}{120} = 60 \text{ Hz} \]
Felly, amledd y foltedd AC a gynhyrchir yw 60 Hz.
Cwestiwn 5: Cyflymder Cydamserol
Cwestiwn: Pennwch gyflymder cydamserol generadur sydd wedi'i gysylltu â grid pŵer 50 Hz ac sydd â 6 polyn.
Trafodaeth: Gellir cyfrifo cyflymder cydamserol gan ddefnyddio'r fformiwla:
\[ N_s = \frac{120 \times f}{P} \]
Ble:
– \( N_s \) yw'r cyflymder cydamserol mewn RPM,
– \(f \) yw'r amledd mewn Hz,
– \( P \) yw nifer y polion.
Amnewidiwch y gwerthoedd a roddir:
\[ N_s = \frac{120 \times 50}{6} = 1000 \text{ RPM} \]
Felly, cyflymder cydamserol y generadur yw 1000 RPM.
Casgliad
Yn yr erthygl hon, rydym wedi trafod egwyddorion sylfaenol gweithrediad generadur ac wedi cyflwyno sawl problem enghreifftiol sy'n cynnwys cyfrifiadau o foltedd ysgogedig, pŵer trydanol, effeithlonrwydd, amledd foltedd AC, a chyflymder cydamserol. Trwy'r problemau hyn, rydym wedi gweld sut mae gwahanol baramedrau generadur yn ymwneud â'i gilydd a sut maent yn effeithio ar berfformiad cyffredinol. Mae dealltwriaeth drylwyr o'r egwyddorion hyn yn hanfodol ar gyfer cymwysiadau ymarferol mewn peirianneg drydanol.
