Generator jednosmerna struja je električna mašina koja proizvodi konstantan napon.
Iza ove sasvim banalne definicije krije se vrlo složen uređaj, što je praktično savršenstvo tehničke misli. Zaista, od svog pronalaska krajem 19. stoljeća, dizajn generatora jednosmjerne struje nije pretrpio značajne promjene.
Nijedna energija se ne pojavljuje niotkuda. Ona je uvek proizvod druge sile. Ovo se odnosi i na električnu struju. Da bi nastao, potrebno vam je magnetsko polje koje vam omogućava da koristite učinak elektromagnetne indukcije - pobuđivanje EMF-a u rotirajućem vodiču.
Ako je opterećenje spojeno na krajeve petlje vodiča, unutar kojih se rotira permanentni magnet, tada će u njemu teći naizmjenična struja. To će se dogoditi jer polovi magneta mijenjaju mjesta. Ovaj efekat se zasniva na braći blizancima mašina sa konstantnim naponom.
Cijeli trik, zahvaljujući kojem rezultirajuća struja ne mijenja smjer, je imati vremena za prebacivanje priključaka opterećenja istom brzinom kojom se magnet rotira. Ovaj zadatak može izvršiti samo kolektor - poseban uređaj koji se sastoji od nekoliko vodljivih sektora razdvojenih dielektričnim pločama. Pričvršćen je na armaturu električne mašine i rotira se sinhrono s njom.
Električna energija se sa armature prikuplja četkicama – komadićima grafita, koji ima visoku električnu provodljivost i nizak koeficijent trenja klizanja. U trenutku kada strujni sektori kolektora mijenjaju mjesta, inducirani EMF postaje nula, ali nema vremena za promjenu znaka, jer se četkica prenosi u sektor za prikupljanje struje spojen na drugi kraj vodiča. .
Kao rezultat toga, izlaz uređaja proizvodi pulsirajući napon iste veličine. Da bi se izgladilo talasanje napona, koristi se nekoliko namotaja armature. Što ih je više, to su niži udari napona na izlazu generatora.
Broj sektora za prikupljanje struje na kolektoru je uvijek dvostruko veći od namotaja armature.
Uklanjanje generiranog napona iz namotaja armature, a ne iz statora, temeljna je razlika između DC mašine i AC mašine. To je također unaprijed odredilo njihov značajan nedostatak: gubitke trenja između četkica i komutatora, iskrenje i zagrijavanje.
Saznajte kako jedinica radi
Kao i svaka električna mašina, DC generator se sastoji od armature i statora.
Sidro je sastavljeno od čeličnih ploča sa udubljenjima u koja se postavljaju namotaji. Njihovi krajevi su spojeni na kolektor koji se sastoji od bakrenih ploča odvojenih dielektrikom. Kolektor, armatura sa namotajima i osovina električne mašine nakon montaže postaju jedinstvena celina.
Stator generatora je ujedno i njegovo kućište, na čijoj je unutrašnjoj površini pričvršćeno nekoliko parova trajnih ili električnih magneta. Obično se koriste električne, čije se jezgre mogu lijevati zajedno s tijelom (za strojeve niske snage) ili od metalnih ploča.
Kućište također pruža prostor za pričvršćivanje četkica za skupljanje struje.
U zavisnosti od broja polova magneta na statoru, menja se i broj grafitnih elemenata. Koliko ima i četkica ima pari štapova.
Vrste povezivanja električnih magneta statora
Generatori istosmjerne struje razlikuju se po vrsti povezivanja električnih magneta statora. Oni mogu biti:
- sa nezavisnom pobudom;
- paralelno;
- dosljedan.
At nezavisna ekscitacija Električni magneti statora povezani su na nezavisni izvor istosmjerne struje. To se obično radi preko reostata. Prednost takve sheme je mogućnost regulacije proizvedene električne energije u širokom rasponu. Nedostatak je potreba za posjedovanjem dodatni izvor ishrana.
Preostale dvije metode su posebni slučajevi samopobude generatora, što je moguće uz mali rezidualni magnetizam statora. At paralelni rad U DC generatoru, elektromagneti statora se napajaju dijelom generiranog napona. Ovo je najčešća shema.
At sekvencijalno pobuđivanje elektromagnetni krug je povezan serijski sa krugom opterećenja armature. Količina struje koja teče kroz elektromagnete značajno zavisi od opterećenja generatora. Stoga se takav krug koristi samo za spajanje DC vučnih motora, koji se pri kočenju prebacuju u način generiranja.
Koristi se i mješoviti krug za povezivanje namota uzbude - paralelno-serijski. Da bi se to postiglo, svaki pol elektromagneta mora imati dva izolirana namota (onaj spojen u seriji obično se sastoji od samo dva do tri zavoja).
Takve električne mašine se koriste kada je potrebno ograničiti struju kratki spoj pod opterećenjem. Na primjer, u mobilnim jedinicama za zavarivanje.
Prisutnost sklopa komutator-četka značajno komplicira dizajn električne mašine. Osim toga, generirana energija se prenosi kroz njega s veliki gubici i fizička aktivnost. Stoga, gdje je to moguće, DC mašine se zamjenjuju mosnim ispravljačem. To su, na primjer, svi automobilski izvori električne energije.
Dizajn i princip rada generatora jednosmjerne struje na videu
Generator je dizajniran za napajanje svih električnih sistema vozila dok motor radi. Iako baterija pohranjuje nešto energije, zbog svog ograničenog kapaciteta brzo će se istrošiti bez ponovnog punjenja. Sve električne potrebe, uključujući i punjenje baterije, osigurava generator, kojeg pokreće motor preko remenskog pogona. Za punjenje baterije potrebna je konstantna struja, tako da je potreban ili generator istosmjerne struje (dinamo) ili alternator naizmjenična struja sa ispravljačem.
Trenutno se u automobilskim vozilima koriste samo generatori naizmjenične struje zbog svojih prednosti. Međutim, prije uvođenja poluvodiča, korišteni su DC generatori.
Zbog karakteristike dizajna, takve DC električne mašine su imale značajne nedostatke, na primjer, nemogućnost punjenja baterije kada je motor u praznom hodu.
Zbog raširene implementacije električnih uređaja U dizajnu automobila povećanu potražnju za električnom energijom generator jednosmjerne struje nije mogao zadovoljiti zbog činjenice da je struja morala biti odstranjena iz rotacionog komutatora pomoću ugljenih četkica, jer se struja indukuje u rotoru, dok pobudni namotaji su nepomični (slika 1 a).
Rice. 1. Šematski dijagrami generatora:
a) jednosmerna struja (fiksno magnetno polje),
b) naizmjenična struja (rotaciono magnetsko polje);
1-sidro; 2-kolektor sa četkama; 3-stator;
F– magnetni fluks; I-struja; ω – ugaona brzina
U generatoru naizmjenične struje (slika 1b), namotaji u kojima se stvara glavna struja su nepomični, a pobudni namoti su prilično lagani i mogu se značajno rotirati. veća brzina nego rotor DC generatora. Sa odgovarajućim odabirom omjera prijenosa, rotor alternatora može se okretati dovoljnom brzinom da brzina u praznom hodu daju pozitivnu snagu za punjenje baterije.
Pretvaranje mehaničke energije koju generator prima od motora u električnu energiju odvija se u skladu s fenomenom elektromagnetne indukcije. Ako promjenjivi magnetni tok prodre u zavojnicu sa zavojima žice koja nosi struju izolirane jedna od druge, tada se na terminalima zavojnice pojavljuje emf, proporcionalan umnošku broja zavoja i brzine promjene magnetskog fluksa:
E u =-WLBV,
Gdje W– broj okreta okvira; B– magnetna indukcija, T; L– dužina dijela okvira (provodnika), m; V– vektor linearna brzina kretanje okvira u odnosu na stacionarno magnetno polje, m/s.
Znak minus znači da je pod uticajem EMF ETo Struja će početi teći kroz okvir (kada je opterećenje priključeno), tada će se magnetsko polje koje stvara ova struja suprotstaviti mehaničkoj sili koja uzrokuje rotaciju okvira.
Razmotrimo dizajn i princip rada nekih vrsta generatora izmjenične struje. U automobilskim i traktorskim generatorima, EMF u zavojnicama se inducira promjenom magnetnog toka elektromagneta:
Po veličini i smjeru (generator ventila s četkicom);
Samo u veličini (generator bez četkica).
Glavne komponente generatora naizmjenične struje (slika 2), u kojima se mehanička energija pretvara u električnu energiju:– magnetni sistem sa pobudnim namotom i čeličnim delovima magnetnog kola kroz koje teče magnetni tok F;
– namotaji statora u kojima se EMF indukuje kada se magnetski fluks rotora promijeni. 
Rice. 2. Shematski dijagram ventil sinhroni generator
Najčešći tip alternatora. U njemu se stvara magnetni tok pobudni namotaj 4 (Sl. 2) kada električna struja teče kroz njega i sistem stubovi 3. Broj polova je uvijek višekratnik dva i, po pravilu, u pravim konstrukcijama generatora ih ima dvanaest.
Stubovi sa namotajem polja, prstenovi, kroz koju struja iz četke spojen je na pobudni namotaj, osovina i drugi strukturni elementi formiraju rotirajući rotor.
Stator 7 je magnetsko kolo sastavljeno od čeličnih ploča. Postavljen u žljebove stacionarnog magnetnog kola namotaj statora 2, u kojoj se indukuje struja. Namotaj se sastoji od tri nezavisna fazni namotaji(Sl. 3), koji se (konvencionalno označeni slovima A, B, C) nalaze na susjednim zupcima statora na način da se EMF inducirana u njima pomakne jedna u odnosu na drugu za 1/3 perioda ili 120º . Svaka faza ima šest namotaja povezanih u seriju.
Rice. 3. Pomicanje induciranog EMF-a na susjednim zupcima statora za 120º
Fazni namotaji se mogu međusobno povezati u zvijezdu ili trokut (slika 4), ali se češće koristi spoj zvijezda, što daje više visokog napona između bilo kojeg para terminala u poređenju sa delta vezom. Vrijednost linijskog napona je √3 (1,732) faznog napona. Kada je spojen trouglom, linijski napon će biti jednak faznom naponu, a linijska struja će biti 1,732 iz jednog para zavojnica. Stoga se kod generatora velike snage često koristi trokutna veza, jer se pri nižim vrijednostima struje namotaji mogu namotati tanđom žicom, koja je tehnološki naprednija. Tanja žica se također može koristiti za spajanje zvijezda. U ovom slučaju, namotaj statora je napravljen od dva paralelna namotaja, od kojih je svaki spojen u zvijezdu, dobiva se "dupla" zvijezda.
Fazni vodovi namotaja statora su povezani na ispravljač 1 (slika 2).
Rice. 4. Povezivanje faznih namotaja: a) zvezda; b) trougao
Kada se rotor rotira, ili sjeverni N ili južni S pol rotora pojavljuju se nasuprot zubaca statora sa faznim namotajima koji se nalaze na njima. Magnetski fluks F, prodirući u namote statora, mijenjaju veličinu i smjer, što je, prema Faradejevom zakonu, dovoljno za pojavu naizmjeničnog električnog napona na njihovim stezaljkama.
U ovom slučaju, promjenljiva veličina i smjer EMF-a će biti indukovana u faznim namotajima:
E f =4,44fw k oko F,
Gdje f– frekvencija struje, Hz; w– broj zavoja namotaja jedne faze; ko– koeficijent namotaja, u zavisnosti od broja utora statora po polu i fazi; F– magnetni fluks;
f=pn/60, k=z/(2 popodne),
Gdje z– broj žljebova; m– broj faza; str– broj parova stubova.
U generatorima ventila R obično jednaka 6, pa je frekvencija njihove naizmjenične struje 10 puta manja od brzine rotora.
Što je veća brzina rotora i veća veličina magnetskog fluksa, to se brže događa njegova promjena unutar faznih namotaja statora i veći je napon induciran u njima.
Rice. 5. Šema generatora ventila sa rotorom u obliku kljuna:
1-stator; 2-četka; 3-statorski namotaj; 4-kljunasti motke;
5-pobudni namotaj; 6-pinski prstenovi (kolektor); 7-sleeve
Generatori ventila sa rotorom u obliku kljuna (slika 5) su sinhroni električni automobil sa ugrađenim poluprovodničkim ispravljačem. Rotor generatora automobilskog ventila sastoji se od dvije polovice pola, od kojih izbočine (kljunovi) 4 formiraju sistem sjevernog pola u jednoj polovini i sistem južnog pola u drugoj. Južni polovi nalaze se između sjevernih, a uzbudni namotaj 5, navučen na čeličnu čahuru 7, je u sendviču između polovica polova. Dizajn rotora u obliku kljuna omogućava formiranje višepolnog sistema koristeći jednu zavojnicu. Dakle, rotor je elektromagnet s rotirajućim naizmjeničnim elektromagnetnim poljem, čija je magnetomotorna sila definirana kao
F=I u W u ,
i može se podesiti promjenom pobudne struje IV, Gdje WV– broj zavoja pobudnog namotaja.
Paket statora 1 je napravljen od električnih čeličnih ploča za smanjenje vrtložnih struja. Prorezi statora sadrže zavojnice trofaznog namotaja 3. Povećanje broja utora po polu i fazi omogućava da se zadovolje visoki zahtjevi za sinusoidalnost izlaznog napona i efikasnosti. Pomoću kliznih prstenova 6 i četkica 2 struja se dovodi do namotaja polja IV za formiranje naizmjeničnog magnetnog polja rotora.
Osim toga, generator ventila (slika 6) opremljen je ispravljačkom jedinicom 3 za ispravljanje AC napon, stvoren u namotajima 5 statora 4, pomoću remenice 14 za pogon rotora i ventilatora 13 za hlađenje namotaja za grijanje.
Rice. 6. Alternator:
1-zadnji poklopac; 2-četke; 3-dioda; 4-stator; 5-statorski namotaj; 6-kotrljajući ležaj;
7-kolektor; 8,9 - sjeverni i južni pol elektromagneta; 10-namotaj rotora;
11-prednji poklopac; 12-prozor za ventilaciju; 13-propeler za hlađenje;
Pogon sa 14 remenica
Trenutno domaća i strana industrija proizvodi mnogo različitih generatora naizmjenične struje sa rotorom u obliku kljuna (tabela 1), koji zadovoljavaju širok spektar zahtjeva koji se pred njih postavljaju.
Tabela 1
Osnovni parametri nekih modela generatora
Maud.
general
Brzina rotacije bez opterećenja, o/min
Nom. npr. V±0,5
Nom.
struja, A
Dodati. ispravljač
Integ.
reg-r
na primjer
G222
1250
14,3
Tu je
37-3701
1100
14,1
Tu je
Tu je
16.3701
1100
581.3701
1400
13,9
Tu je
955.3701
1050
14,2
Tu je
Tu je
Induktorski generatori
Induktorski generator je beskontaktna, istopolna sinhrona električna mašina naizmjenične struje sa jednostranom elektromagnetnom pobudom (slika 7). Čelični lančanik rotora 2 okreće se zajedno sa osovinom 5, koja prolazi unutar fiksne čaure 8. Pobudni namotaj 7 je pričvršćen za čahuru, a namotaj statora 6 je pričvršćen za zupce statora. Kada jednosmjerna struja prolazi kroz pobudni namotaj, u magnetskom kolu generatora pojavljuje se magnetni tok, dalekovodišto je prikazano isprekidanom linijom na slici 7. Magnetni tok se zatvara kroz zračni zazor između čahure i vratila, lančanika rotora, radnog zazora između rotora i statora, paketa statora, poklopca sa strane namotaja polja i podloške ili prirubnice sa debelim zidovima čahure.
Rice. 7. Generatorski krug tipa induktora:
1-statorski magnetni krug; 2- rotor (čelični lančanik);
3-zadnji poklopac (prednji poklopac je dio magnetskog kola);
4-ležaj; 5-osovina; 6-statorski namotaj; 7-pobudni namotaj;
8-magnetni sistem induktora (čaura sa prirubnicom); 9-trajni magnet
Svi zupci lančanika imaju isti polaritet. Promjena magnetskog fluksa povezana je s promjenom magnetne vodljivosti zračnog raspora ispod zubaca statora. Tok u zupcu statora dostiže svoju maksimalnu vrijednost F max(Sl. 8), kada se ose zubaca rotora i statora poklapaju, i opadaju na minimalna vrijednost F min, kada se os zuba statora poklapa sa osom šupljine lančanika rotora. Posljedično, magnetni tok u zupcima statora pulsira i mijenja se samo po veličini bez promjene smjera.
Rice. 8. Promjena magnetnog fluksa u zupcu statora tokom vremena
Za u većoj meri promjene magnetskog fluksa i, posljedično, povećanje snage generatora, trajni magneti su fiksirani u šupljinama lančanika rotora. Induktorski generator može biti jednofazni ili višefazni, ovisi o broju zavojnica faznog statora, njihovoj lokaciji i načinu povezivanja. U trofaznim induktorskim generatorima, stator obično ima devet zubaca sa namotajima.
Namotaj svake faze može imati nekoliko namotaja povezanih u seriju, paralelno i mješovito.Faze namotaja statora su povezane u zvijezdu sa više zraka ili poligon.
Veličina induciranog EMF zavisi od amplitude magnetskog fluksa, broja zavoja statorskog namota i frekvencije n rotacija rotora. Što je veći broj okreta, to je manja brzina rotora potreban napon. Amplituda magnetskog fluksa ovisi o veličini pobudne struje namotaja polja.
Trenutno domaća industrija proizvodi induktorski generator naizmjenične struje 955.3701 sa fiksnim aksijalno-uzdužnim uzdužnim namotom pobude. Generator je opremljen petofaznim namotajem statora i petofaznim ispravljačem. Rotor ovog generatora napravljen je u obliku zvijezde sa šest zraka, napravljene od tankih limova elektro čelika. U šupljinama zvijezde nalaze se trajni magneti, koji doprinose početku samopobude generatora i neznatno povećavaju njegovu snagu. Takođe, pored glavnog namotaja pobude ovaj generator postoji dodatni demagnetizirajući namotaj koji neutralizira djelovanje trajnih magneta na velika brzina rotor generatora. Namotaj statora se nalazi na 10 zubaca magnetnog kola statora (nagib zubaca - 36º) i podeljen je na pet faznih sekcija sa po dva zupčasta namotaja u svakoj sekciji. Zupčani namotaji istog faznog presjeka razmaknuti su 180º duž perimetra statora.
Moguće su i druge opcije dizajna statora i spajanja faznih namotaja u induktorskim generatorima. Ali trenutno, u pogledu parametara kao što su efikasnost, težina, dimenzije, induktorski generatori su inferiorniji od generatora s kliznim prstenovima.
Generatori ventila bez četkica
Generatori bez četkica su razvoj zasnovan na dizajnu generatora sa rotorom u obliku kljuna (slika 9).
Rice. 9. Generator bez četkica:
a) sa vazdušno hlađen: 1-remenica; 2-ventilator; 3-prednji poklopac; 4-rotirajući magnetni krug; 5-stator; 6-fiksni namotaj pobude; 7-osovina; 8-stranji poklopac; 9-naponski regulator; 10-dioda; 11-držač za montažu; 12-ležaj;
b) sa tečnim hlađenjem: 1-remenica; 2-ispravljač; 3-prednji poklopac; kućište 4 generatora; 5-rashladno sredstvo; 6-kućište rashladnog omotača; 7-rotor; 8-statorski namotaj; 9-stator; 10-nemagnetni međuprsten; 11-rotirajući magnetni krug (pol); 12-fiksni pobudni namotaj; 13-naponski regulator
Kod generatora ovog tipa rotiraju se samo polovi 11 u obliku kljuna (slika 9b), a pobudni namotaj 12 ostaje nepomičan. Jedna od polovica pola drži se nasuprot drugoj pomoću nemagnetnog prstena 10. Magnetni fluks, pored normalnog radnog zazora, mora preći dva dodatna zračna raspora. Ispravljač 2 dovodi struju u namotaj polja direktno kroz regulator napona 13.
Masa takvih generatora je nešto veća od mase generatora četkice sa kljunastim polovima iste snage.
Generatori bez četkica tečno hlađenje emituju manje buke zbog odsustva ventilatora i mogu se integrirati sa blokom cilindra motora.
Postoje i dizajni generatora sa skraćenim kljunovima (slika 10), koji se konstruktivno mogu dobiti ako se kljunaste polovice stuba generatora četkice razdvoje tako da se ne preklapaju i pričvrsni element 4 (ne. -magnetna kopča) i električne žice namotaja polja se provlače u nastali razmak 1.
Rice. 10. Šema generatora ventila bez četkica sa skraćenim polovima:
1-pobudni namotaj; 2-polne polovice sa skraćenim kljunovima; 3-rukav;
4-pričvrsni element pobudnog namotaja; 5-stator; 6-statorski namotaj
Namotaj polja je okačen iznad čelične čahure 3 između dvije polovice pola 2. Kada se osovina generatora okreće, rotiraju se samo magnetizirani zupčanici, međutim, površina njihovih polnih dijelova je mala (u poređenju sa generatorima s četkicom) i zbog do niže amplitude naizmjeničnog magnetskog fluksa na zupcima statora, električna energija generira takav generator će biti niži. Ali prednost dizajna je mala masa rotora, što vam omogućava da povećate radnu brzinu generatora, a samim tim i snagu koju proizvodi.
AC Rectification
Izmjenična struja ventilskih generatora ispravlja se poluvodičkim silikonskim diodama. Diode imaju dva terminala i prolaze struju samo od anodnog terminala do katodnog terminala kada se na anodu primijeni pozitivan potencijal. Diode ne propuštaju struju u suprotnom smjeru ako obrnuti napon ne prelazi dozvoljenu vrijednost.
U generatorskim ispravljačima koriste se diode direktnog i obrnutog polariteta. Dioda pravog polariteta ima katodu spojenu na tijelo i diodu obrnuti polaritet– anoda. U zavisnosti od broja faza generatora, koriste se trofazni i petofazni ispravljači.
Rice. 11. Generator AC ispravljanje:
a) polutalasno ispravljanje jednofazne naizmjenične struje;
b) punotalasno ispravljanje jednofazne naizmjenične struje;
c) polutalasno ispravljanje trofazne struje;
d) punotalasno ispravljanje trofazne struje;
G - generator; VD - ispravljač (dioda); R - opterećenje; A, B, C - faze generatora
Na osnovu oblika ispravljenog napona razlikuju se jednovalni i punovalni ispravljači. Polutalasni ispravljači jednofaznog izvora G(Sl. 11 a) naizmjeničnu struju osigurava jedna dioda VD, koji je povezan serijski sa opterećenjem R.
Za punovalno ispravljanje jednofazne struje, mostni ispravljač je sastavljen od četiri diode VD1 – VD4(Sl. 11 b). Pozitivni poluval (prvi poluperiod) naizmjeničnog napona otvara diode VD1 I VD4. U drugom poluciklusu diode su otvorene VD2 I VD3. Za cijelo vrijeme rada generatora sa mosnim ispravljačem na opterećenju R napaja se ispravljeni napon Ud jedan znak.
Ako je jedna dioda povezana na svaku fazu trofaznog ventilskog generatora VD1, VD2 I VD3(Sl. 11 c), možete dobiti polutalasni ispravljač za trofaznu struju. Svaka ispravljačka dioda provodi struju samo tokom 1/3 perioda kada se na nju primjenjuje napon u smjeru naprijed.
Punovalni, trofazni ispravljač struje ima tri para dioda - VD1 – VD6(Sl. 11 d). Jedan krak ispravljača čine diode VD1 – VD3 direktnog polariteta, koji su katodama povezani s pozitivnim terminalom generatora ventila. Diode su ugrađene u drugu ruku ispravljača VD4 – VD6 obrnuti polaritet. Njihove anode su povezane sa zemljom. Jedna od dioda radi u smjeru provodljivosti VD1, VD2 ili VD3, u kojoj anoda ima najveći potencijal, te u grupi dioda VD4 – VD6– dioda sa najmanjim potencijalom. Kada je u fazi A napon je pozitivan i maksimalan i u fazama IN I WITH naponi su negativni i jednaki, struja prema opterećenju R dolazi kroz otvorenu diodu VD1 i dvije diode VD5 I VD6. Ako fazni napon A jednak nuli, u fazi IN– pozitivno, iu fazi WITH– negativan, diode provode struju VD2 I VD4. Preostale diode ne propuštaju struju.
Frekvencija talasa f str ispravlja se punovalnim trofaznim ispravljačem napona Ud 6 puta više od AC frekvencije.
AC ispravljanje;
Odabir podataka namotaja koji daju nazivni napon pri minimalna frekvencija rotacija rotora koja odgovara načinu rada idle move motor;
Samoograničavajući strujni izlaz.
Glavni parametri ventilskog generatora su: ispravljeni napon Ud, brzina rotora n i moć P(ili trenutni Id koju daje generator na datom naponu).
Ispravljena zavisnost od napona Udo jačini pobudne strujeja unutra sa isključenim opterećenjem i konstantna frekvencija rotacija rotora n naziva se karakteristika praznog hoda (slika 12). U načinu rada bez opterećenja, ispravljeni napon je jednak emf E d. Karakteristike praznog hoda ventilskih generatora se dobijaju nezavisnom pobudom.
Vanjske karakteristike ventilskih generatora su ovisnosti ispravljenog napona Ud(Sl. 12 b) u zavisnosti od struje opterećenja Id pri konstantnoj brzini rotora, napon na stezaljkama namota polja i njegov otpor. Povećanjem opterećenja ispravljeni napon opada pod dejstvom reakcije armature, kao rezultat smanjenja napona u krugu statora (armature) i u ispravljaču, a pad napona u namotajima statora je značajan i zavisi od brzina rotora.
Rice. 12. Karakteristike generatora ventila:
a) u praznom hodu; b) eksterni; n max, n avg, n p, n 0– brzina rotacije rotora, odnosno maksimalna, srednja, izračunata i početak trzaja; U dn– ispravljeni nazivni napon
Vanjske karakteristike ventilskih generatora određene su samopobudom i nezavisnom pobudom. Smanjenje napona s povećanjem opterećenja događa se ne samo na aktivnom, već i na induktivnom otporu namotaja statora. U slučaju samopobude generatora ventila, napon na samom pobudnom namotu pada. Demagnetizirajući učinak reakcije armature smanjuje magnetni tok u radnom zračnom zazoru između rotora i statora.
Po porodici vanjske karakteristike određuje se maksimalna jačina ispravljene struje Idmax koji se stvara pri datoj ili podesivoj vrijednosti napona.
Karakteristika kontrole brzine (slika 13 a) generatora ventila je zavisnost od jačine struje pobude ja unutra na brzinu rotora n at konstantan napon U gn generator Obično se određuje na nekoliko vrijednosti struje opterećenja.
Minimalna pobudna struja se određuje kada je struja opterećenja nula i maksimalna brzina rotacije rotora ventilatora generatora. Karakteristike kontrole brzine omogućavaju određivanje raspona promjena jačine struje pobude od promjena opterećenja pri konstantnom naponu.
Sa povećanjem brzine rotora n i konstantno opterećenje struje generatora ventila ja unutra ekscitacija treba da se smanji (slika 13 a), a sa povećanjem struje opterećenja treba da raste (slika 13 b).
Napon generatora mora se održavati konstantnim u rasponu brzine rotora od n 0 prije n max u ovom slučaju, jačina struje pobude će varirati od maksimuma I inmax na minimum I inmin značenja.
Frekvencija regulacije u smislu jačine pobudne struje je veća od frekvencije regulacije u smislu brzine rotora. To se događa jer je karakteristika magnetizacije generatora ventila nelinearna i dolazi do dubokog zasićenja magnetnog kruga. Najveća frekvencija regulacije struje pobude moguća je u stanju mirovanja.
Rice. 13. Zavisnost napona generatora i struje pobude:
a) na brzinu rotora;
b) na struju opterećenja;
U gn- Nazivni napon
Zbog kontinuirane promjene načina vožnje vozila, a samim tim i brzine rotora i opterećenja generatora ventila, bitna je strujno-brzinska karakteristika ovisnosti jačine ispravljene struje. Id, koje ventilski generator može opskrbljivati potrošačima na datom naponu, ovisno o brzini rotora n(Sl. 14).
Strujno-brzinska karakteristika se mjeri pri konstantnom ispravljenom naponu U d = konst i konstantnu struju pobude I u = konst. Kontrolne vrijednosti su početne vrijednosti frekvencije n 0 izlaz generatora, maksimalna struja Idmax at n max. Projektne brzine rotora n p i jačinu struje Idp, određuju se u tački dodira između karakteristike struje i brzine 1 i prave linije 2 povučene iz početka. Ova tačka odgovara maksimalnoj vrijednosti izračunatog omjera snaga Pdp na izračunatu brzinu rotora n p(maksimalni način grijanja generatora ventila).
Rice. 14. Strujna-brzinska karakteristika
Karakteristika struje-brzine se koristi pri razvoju ili odabiru generatora ventila. Može se odrediti nezavisnom pobudom, samopobudom i radom ventilskog generatora sa regulatorom napona.
Svi moderni automobilski generatori imaju svojstvo samoograničavanja maksimalne struje. U širokom rasponu brzina rotora, struja polako raste, a pri maksimalnoj brzini rotora ne prelazi navedenu maksimalnu vrijednost. To je zbog činjenice da sa povećanjem brzine rotacije rotora generatora, a samim tim i sa povećanjem frekvencije struje inducirane u namotu statora, induktivni otpor namota se povećava, pa jačina struje raste sporije, asimptotički težeći određene granične vrijednosti.
Pretvaranje mehaničke energije u električnu se odvija pomoću strujnog generatora. U osnovi, praksa je korištenje rotirajućih električnih mašina generatora. Prilikom rotacije u vodiču nastaje elektromotorna sila pod utjecajem promjenjivog magnetskog polja. Dio generatora koji stvara magnetsko polje naziva se induktor, a dio gdje se stvara elektromotorna sila naziva se armatura.
Princip rada
Rotirajući dio generatora naziva se rotor, a njegov stacionarni dio je stator. Generator naizmjenične struje ima stator i rotor, koji po dizajnu mogu biti i armatura i induktor.
Gotovo sva električna energija u svjetskim elektranama proizvodi se generatorima naizmjenične struje. Kada se induktor rotira, stvara se magnetsko polje koje rotira i inducira naizmjeničnu elektromotornu silu u namotu statora. Njegova frekvencija se potpuno poklapa sa brzinom rotora.
Elementi generatora
Magnetni sistem statora sastoji se od tankih čeličnih limova utisnutih u paket. Namotaj statora je postavljen u žljebove ovog paketa. Uključuje tri faze, pomaknute jedna u odnosu na drugu za jednu trećinu perimetra statora. Elektromotorne sile inducirani u faznim namotajima se također pomjeraju među sobom za 1200. Svaka faza ima namotaj koji se sastoji od namotaja s mnogo zavoja povezanih međusobno paralelno ili serijski. Dijelovi zavojnica koji strše iz žljebova nazivaju se krajevi statora.
U induktoru i statoru broj polova može biti veći od dva. Broj polova u potpunosti ovisi o brzini rotora. Kako se rotacija rotora usporava, on može imati sve veći broj polova.
Masivno čelično jezgro rotora sadrži namotaj pobude generatora. Ovaj dizajn se koristi za električne generatore naizmjenične struje koji rade sa visoka frekvencija rotacija. To je zbog činjenice da kada velike brzine rotacije, namotaj rotora je podložan velikim centrifugalnim silama. Veliki broj polova zahtijeva prisustvo zasebnog pobudnog namota na svakom polu, što je tipično za električne generatore koji rade pri malim brzinama.
U hidrauličnim turbinama alternatori mogu imati vertikalni dizajn osovine. Prilikom rada, ovisno o snazi, može se koristiti hlađenje zraka, vodika, vode ili ulja.
Generator naizmjenične struje ili generator istosmjerne struje je uređaj za proizvodnju električne energije pretvaranjem mehaničke energije.
Kako izgleda alternator?
Kako radi alternator? Struja se stvara u provodniku pod uticajem magnetnog polja. Pogodno je generirati struju rotiranjem pravokutnog električno provodljivog okvira u stacionarnom polju ili permanentni magnet u njoj.
Kada se rotira oko ose magnetnog polja koje stvara unutar okvira sa ugaona brzinaω, vertikalne strane kola će biti aktivne jer su ispresecane magnetnim linijama. Nema efekta na horizontalne strane koje se poklapaju u pravcu sa magnetnim poljem. Stoga se u njima ne indukuje struja.
Kako izgleda generator sa magnetnim rotorom?
EMF u okviru će biti:
e = 2 B max lv grijeh ωt,
B max– maksimalna indukcija, T;
l– visina okvira, m;
v– brzina kadra, m/s;
t – vrijeme, s.
Dakle, naizmjenična emf inducira se u vodiču djelovanjem promjenjivog magnetskog polja.
Za veliki broj okreta w, izražavajući formulu u terminima maksimalnog protoka Fm, dobijamo sljedeći izraz:
e = wF m grijeh ω t.
Princip rada drugog tipa generatora naizmjenične struje temelji se na rotaciji okvira koji nosi struju između dva trajna magneta sa suprotnim polovima. Najjednostavniji primjer prikazan je na donjoj slici. Napon koji se pojavljuje u njemu uklanja se kliznim prstenovima.
Generator struje permanentnog magneta
Upotreba uređaja nije vrlo česta zbog opterećenja na pokretnim kontaktima velikom strujom koja prolazi kroz rotor. Dizajn prve date opcije ih također sadrži, ali se kroz njih dovodi mnogo manje istosmjerne struje kroz zavoje rotirajućeg elektromagneta, a glavna snaga se uklanja iz stacionarnog namota statora.
Sinhroni generator
Posebna karakteristika uređaja je jednakost između frekvencija f inducirano u statoru EMF-om i brzinom rotora ω :
ω = 60∙f/ str rpm,
Gdje str– broj parova polova u namotaju statora.
Sinhroni generator stvara EMF u namotu statora, čija se trenutna vrijednost određuje iz izraza:
e = 2π B max lwDn sinω t,
Gdje l I D– dužina i unutrašnji prečnik jezgra statora.
Sinhroni generator proizvodi napon sa sinusoidnom karakteristikom. Kada su potrošači povezani na njegove terminale C 1, C 2, C 3, jednofazna ili trofazna struja teče kroz kolo, dijagram je ispod.
Trofazni sinhroni generatorski krug
Djelovanje promjenjivog električnog opterećenja također mijenja mehaničko opterećenje. Istovremeno, brzina rotacije se povećava ili smanjuje, zbog čega se mijenjaju napon i frekvencija. Da bi se spriječila takva promjena, električne karakteristike automatski održava na datom nivou kroz povratne informacije naponom i strujom na namotaju rotora. Ako je rotor generatora napravljen od trajnog magneta, on ima ograničene mogućnosti za stabilizaciju električnih parametara.
Rotor se prisiljava na rotaciju. Indukcijska struja se dovodi do njegovog namotaja. U statoru, magnetsko polje rotora, koji se okreće istom brzinom, inducira 3 naizmjenične emfs s faznim pomakom.
Glavni magnetni tok generatora nastaje djelovanjem istosmjerne struje koja prolazi kroz namotaj rotora. Snaga može doći iz drugog izvora. Uobičajena je i metoda samouzbude, kada se mali dio naizmjenične struje uzima iz namotaja statora i prolazi kroz namotaj rotora nakon prethodnog ispravljanja. Proces se zasniva na rezidualnom magnetizmu, koji je dovoljan za pokretanje generatora.
Glavni uređaji koji proizvode gotovo svu električnu energiju u svijetu su sinhroni hidro ili turbo generatori.
Asinhroni generator
Uređaj asinkronog tipa generatora izmjenične struje razlikuje se po razlici u frekvenciji rotacije EMF-a ω i rotor ω r. Izražava se kroz koeficijent koji se zove klizanje:
s = (ω - ω r)/ ω.
U režimu rada, magnetsko polje usporava rotaciju armature i njena frekvencija je niža.
Asinhroni motor može raditi u generatorskom režimu ako je ω r >ω, kada struja promijeni smjer i energija se vrati u mrežu. Ovdje elektromagnetski moment postaje kočio. Upotreba ovog svojstva je uobičajena kod spuštanja tereta ili na električnim vozilima.
Asinhroni generator se bira kada zahtjevi za električnim parametrima nisu jako visoki. U prisustvu startnih preopterećenja, sinhroni generator bi bio poželjniji.
Uređaj auto generator ne razlikuje se od običnog koji stvara električnu struju. Proizvodi naizmjeničnu struju, koja se zatim ispravlja.
Kako izgleda auto generator?
Dizajn se sastoji od elektromagnetnog rotora koji se okreće u dva ležaja vođena kroz remenicu. Ima samo jedan namotaj, sa jednosmernom strujom koja se napaja preko 2 bakrena prstena i grafitnih četkica.
Elektronski relej-regulator održava stabilan napon od 12V, nezavisno od brzine rotacije.
Krug auto generatora
Struja iz baterije se dovodi do namota rotora preko regulatora napona. Rotacijski moment se na njega prenosi kroz remenicu i EMF se inducira u zavojima namotaja statora. Generirana trofazna struja se ispravlja diodama. Konstantni izlazni napon održava regulator koji kontrolira struju pobude.
Kako se motor ubrzava, struja polja se smanjuje, pomažući u održavanju konstantnog izlaznog napona.
Klasični generator
Dizajn sadrži motor koji radi na tekuće gorivo koji rotira generator. Brzina rotora mora biti stabilna, inače se smanjuje kvalitet proizvodnje električne energije. Kada se generator istroši, brzina rotacije postaje manja, što je značajan nedostatak uređaja.
Ako je opterećenje generatora ispod nominalnog, on će djelomično raditi u praznom hodu, trošeći višak goriva.
Stoga je pri kupovini važno napraviti tačan proračun potrebne snage kako bi bio pravilno napunjen. Opterećenje ispod 25% je zabranjeno jer to utiče na njegovu trajnost. U pasošima su navedeni svi mogući načini rada koji se moraju poštovati.
Postoje mnoge vrste klasičnih modela prihvatljive cijene, visoka pouzdanost i širok raspon snage. Važno je da ga pravilno utovarite i na vrijeme obavite tehnički pregled. Na slici ispod prikazani su modeli benzinskih i dizel generatora.
Klasični generator: a) – benzinski generator, b) – dizel generator
Dizel generator
Generator pokreće motor, koji radi dizel gorivo. Motor sa unutrašnjim sagorevanjem sastoji se od mehaničkog dela, kontrolne table, sistema za dovod goriva, hlađenja i podmazivanja. Snaga generatora zavisi od snage motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Ako je potrebno u malim količinama, na primjer, za kućanske aparate, preporučljivo je koristiti benzinski generator. Dizel generatori koristi se tamo gdje je potrebna velika snaga.
ICE se uglavnom koriste sa nadzemnim ventilima. Kompaktniji su, pouzdaniji, lakši za popravku i ispuštaju manje toksičnog otpada.
Radije biraju generator s metalnim tijelom, jer je plastika manje izdržljiva. Uređaji bez četkica su izdržljiviji, a generirani napon je stabilniji.
Kapacitet rezervoar za gorivo Omogućava rad na jednom punjenju ne više od 7 sati. U stacionarnim instalacijama koristi se vanjski spremnik velike zapremine.
Benzinski generator
Najčešći izvor mehaničke energije je četverotaktni motor karburatorski motor. Uglavnom se koriste modeli od 1 do 6 kW. Postoje uređaji do 10 kW koji mogu opskrbiti seosku kuću na određenom nivou. Cijene benzinski generatori prihvatljivi su, a resurs je sasvim dovoljan, iako manji od dizel motora.
Generator se bira u zavisnosti od opterećenja.
Za velike startne struje i čestu upotrebu električnog zavarivanja, bolje je koristiti sinhroni generator. Ako uzmete snažniji asinhroni generator, on će se nositi s početnim strujama. Međutim, ovdje je važno da je napunjen, inače će se benzin potrošiti.
Inverter generator
Mašine se koriste tamo gdje je potrebna električna energija Visoka kvaliteta. Mogu raditi kontinuirano ili s prekidima. Objekti potrošnje energije ovdje su ustanove u kojima nisu dozvoljeni udari struje.
Osnova inverter generatora je elektronska jedinica, koji se sastoji od ispravljača, mikroprocesora i pretvarača.
Blok dijagram inverter generatora
Proizvodnja električne energije počinje na isti način kao u klasičnom modelu. Prvo se stvara naizmjenična struja, koja se zatim ispravlja i dovodi do pretvarača, gdje se ponovo pretvara u naizmjeničnu struju, uz potrebne parametre.
Vrste inverter generatora razlikuju se po prirodi izlaznog napona:
- pravokutni - najjeftiniji, sposoban za napajanje samo električnih alata;
- trapezni puls - pogodan za mnoge uređaje, osim za osjetljivu opremu (srednja cjenovna kategorija);
- sinusni napon – stabilne karakteristike, pogodan za sve električne uređaje (najviša cijena).
Prednosti inverter generatora:
- male dimenzije i težina;
- niska potrošnja goriva regulacijom proizvodnje količine električne energije koja je trenutno potrebna potrošačima;
- Mogućnost kratkotrajnog rada sa preopterećenjem.
Nedostaci su visoke cijene, osjetljivost na temperaturne promjene u elektronskom dijelu i mala snaga. Osim toga, popravak elektronske jedinice je skup.
Model invertera se bira u sledećim slučajevima:
- uređaj se kupuje samo u slučajevima kada konvencionalni generator nije prikladan, jer je njegova cijena visoka;
- potrebna snaga nije veća od 6 kW;
- klasične opcije generatora su prikladnije za redovnu upotrebu;
- potrebno je djelimično snabdijevati kućne aparate električnom energijom;
- Za kućnu upotrebu bolje je koristiti jednofazne uređaje.
Video. Alternator.
Generatori naizmjenične struje mogu nadopuniti struju u kući kada stacionarni uređaj pokvari, a također se koriste na bilo kojem mjestu gdje je potrebno napajanje.
Kako bi osigurao što ugodnije postojanje, čovjek je razvio i izumio veliki izbor različitih tehnoloških uređaja i složenih sistema. Ali jedan od najefikasnijih i najefikasnijih uređaja koji omogućava korištenje električne energije postao je generator naizmjenične struje. Upoznajte se sa vrstama i vrstama RCD-ova.
Danas postoje dvije glavne vrste gradnje:
- Uređaji sa stacionarnim dijelom - stator i rotirajući element - magnetni pol. Elementi ovog tipa se široko koriste među stanovništvom, jer je prisustvo fiksnog namota eliminiralo potrebu korisnika da ukloni višak električnog opterećenja.
- Električni uređaj sa rotirajućom armaturom i fiksnim magnetnim polom.
Ispada da se dizajn generatora svodi na prisutnost dva glavna dijela: pokretnog i fiksnog, kao i elemenata koji služe kao povezujuća karika između njih (četke i žice).
Princip rada
Princip rada auto alternatora:
- rotirajući dio rotora ili pogona mehanizma nominalno se smatra električnim magnetom. On je taj koji će prenijeti stvoreno magnetsko polje na "tijelo" statora. Ovo je vanjski element uređaja koji se sastoji od namotaja sa žicama spojenim na njih.
- napon se prenosi kroz prstenove i komutatorske ploče. Prstenovi su napravljeni od bakra i okreću se istovremeno sa rotorom i radilicom. Tokom kretanja, četke se pritiskaju na površinu prstenova. Posljedično, struja će se prenijeti sa stacionarnog dijela na pokretni dio sistema.
Specifikacije
Kada kupujete alternator, morate se fokusirati na sljedeće tehničke karakteristike:
- Električna energija;
- Radni napon;
- Broj obrtaja rotirajućeg dela generatora;
- Neto faktor snage;
- Snaga struje.
Ove količine su osnovne tehničke karakteristike naizmjenična struja.
Vrste
Danas na teritoriji Ruska Federacija sprovesti prodaju razne vrste certificirani i nelicencirani alternatori. Pregled domaćinstva halogene lampe a kako odabrati ovdje: . Najpopularniji od ovih uređaja su sljedeći:
