Generator struje pretvara mehaničku (kinetičku) energiju u električnu. U elektroenergetici se koriste samo rotacioni generatori električnih mašina, zasnovani na pojavi elektromotorne sile (EMF) u provodniku, na koju na neki način deluje promenljivo magnetno polje. Dio generatora koji je dizajniran za stvaranje magnetskog polja naziva se induktor, a dio u kojem se inducira EMF naziva armatura.
Pozvan je rotacijski dio stroja rotor, i fiksni dio - stator... U sinhronim mašinama izmjenična struja induktor je obično rotor i to u mašinama istosmjerna struja - stator. U oba slučaja, induktor je obično dvopolni ili višepolni elektromagnetski sistem opremljen pobudnim namotom napajanim istosmjernom strujom (uzbudna struja), ali postoje i induktori koji se sastoje od sistema trajnih magneta. U indukciji (asinhroni) alternatori prigušnica i armatura ne mogu se međusobno jasno (strukturno) razlikovati (možemo reći da su stator i rotor istovremeno i prigušnica i armatura).
Više od 95% električne energije u svjetskim elektranama proizvodi se koristeći sinhroni alternatori... Uz pomoć rotirajućeg induktora, u tim generatorima stvara se rotirajuće magnetsko polje, indukujući promjenjivi EMF u namotu statora (obično trofazni), čija se frekvencija točno podudara s brzinom rotora (sinkronizira se s brzinom induktora). Ako induktor, na primjer, ima dva pola i rotira se na frekvenciji od 3000 o / min (50 o / s), tada se u svakoj fazi namota statora indukuje naizmjenični EMF s frekvencijom od 50 Hz. Dizajn takvog generatora pojednostavljen je na sl. 1.
Slika: 1. Princip dvopolnog sinhronog generatora. 1 stator (armatura), 2 rotora (prigušnica), 3 osovine, 4 kućište. U-X, V-Y, W-Z - dijelovi namotaja tri faze smješteni u utorima statora
Magnetski sistem statora je stlačeni paket tankih čeličnih limova u čijim se žljebovima nalazi namot statora. Namot se sastoji od tri faze, pomaknute u slučaju dvopolne mašine jedna prema drugoj za 1/3 perimetra statora; u faznim namotima se stoga induciraju EMF-ovi pomaknuti jedan prema drugom za 120o. Namotavanje svake faze, pak, sastoji se od višeokretnih zavojnica povezanih serijski ili paralelno. Jedna od najjednostavnijih opcija dizajna za takav trofazni namotaj dvopolnog generatora pojednostavljena je na sl. 2 (obično je broj zavojnica u svakoj fazi veći nego što je prikazano na ovoj slici). Oni dijelovi zavojnica koji su izvan žljebova na prednjoj površini statora nazivaju se krajnji priključci.
Slika: 2. Najjednostavniji princip rasporeda namotaja statora trofaznog dvopolnog sinhronog generatora u slučaju dva kalema u svakoj fazi. 1 pregled površine magnetnog sistema statora, 2 zavojnice namotaja, U, V, W početak faznih namotaja, X, Y, Z krajevi faznih namotaja
Može biti više od dva pola induktora i, prema tome, podjele pola statora. Što se rotor sporije okreće, to bi trebao biti veći broj polova na određenoj trenutnoj frekvenciji. Ako se, na primjer, rotor okreće frekvencijom od 300 o / min, tada bi broj polova generatora, da bi se dobila frekvencija izmjenične struje od 50 Hz, trebao biti 20. Na primjer, u jednoj od najvećih hidroelektrana na svijetu, HE Itaipu (Itaipu, vidi sliku 4) generatori koji rade na 50 Hz su 66-polni, a generatori koji rade na 60 Hz su 78-polni.
Uzbudni namotaj dvo- ili četveropolnog generatora postavljen je kako je prikazano na sl. 1, u žljebovima masivne jezgre čeličnog rotora. Ovakav dizajn rotora neophodan je u slučaju generatora velike brzine koji rade brzinom od 3000 ili 1500 o / min (posebno za turbinske generatore namijenjene povezivanju sa parne turbine), jer pri ovoj brzini na namotaj rotora djeluju velike centrifugalne sile. Sa većim brojem polova, svaki stub ima zaseban namotaj polja (slika 3.12.3). Ovaj princip istaknutog pola uređaja koristi se, posebno, u slučaju generatora male brzine dizajniranih za povezivanje sa hidrauličkim turbinama (hidrogeneratori), koji obično rade brzinom od 60 o / min do 600 o / min.
Vrlo često takvi generatori, u skladu sa konstruktivne performanse snažne hidrauličke turbine izrađene su s vertikalnom osovinom.
Slika: 3. Princip dizajna rotora sinhronog generatora male brzine. 1 pol, 2 namota uzbude, 3 montažni točak, 4 osovina
Uzbudljivo namotavanje sinhroni generator obično se napaja istosmjernom strujom iz vanjskog izvora kroz klizne prstenove na osovini rotora. Ranije je za to bio predviđen poseban istosmjerni generator (pobuđivač), kruto povezan sa osovinom generatora, a sada se koriste jednostavniji i jeftiniji poluvodički ispravljači. U rotor su ugrađeni i sistemi pobude u kojima se indukuje EMF namotaj statora... Ako se trajni magneti koriste za stvaranje magnetskog polja umjesto elektromagnetskog sistema, tada izvor pobude nestaje i generator postaje mnogo jednostavniji i pouzdaniji, ali istovremeno i skuplji. Stoga se trajni magneti obično koriste u generatorima relativno male snage (do nekoliko stotina kilovata).
Konstrukcija turbinskih generatora, zahvaljujući relativno malom promjeru cilindričnog rotora, vrlo je kompaktna. Njihova specifična težina je obično 0,5 ... 1 kg / kW, a nazivna snaga može doseći 1600 MW. Uređaj hidrogeneratora je nešto složeniji, promjer rotora je velik i njihova specifična težina je obično 3,5 ... 6 kg / kW. Do sada su se proizvodili s nominalnom snagom do 800 MW.
Kada generator radi, u njemu se javljaju gubici energije uzrokovani aktivnim otporom namota (gubici u bakru), vrtložnim strujama i histerezom u aktivnim dijelovima magnetskog sistema (gubici u čeliku) i trenjem u ležajevima rotacijskih dijelova (gubici trenja). Uprkos činjenici da ukupni gubici obično ne prelaze 1 ... 2% kapaciteta generatora, uklanjanje toplote koja se oslobodi kao rezultat gubitaka može biti teško. Ako je pojednostavljeno pretpostaviti da je masa generatora proporcionalna njegovoj snazi, tada su njegove linearne dimenzije proporcionalne kubičnom korijenu snage, a površinske dimenzije proporcionalne snazi \u200b\u200bsnage 2/3. S povećanjem snage, dakle, površina hladnjaka raste sporije od nazivne snage generatora. Ako je pri snagama reda od nekoliko stotina kilovata dovoljno koristiti prirodno hlađenje, tada je na većim kapacitetima potrebno prijeći na prisilna ventilacija a počevši od oko 100 MW koristite vodonik umjesto vazduha. Na još većim kapacitetima (na primjer, preko 500 MW), nužno je dopunjavanje vodoničnog hlađenja vodom. Na velikim generatorima, ležajevi se također moraju posebno hladiti, obično koristeći cirkulaciju ulja.
Proizvodnja toplote generatora može se značajno smanjiti upotrebom superprovodnih namotaja polja. Prvi takav generator (4 MVA), namijenjen za upotrebu na brodovima, proizvela je 2005. njemačka elektrotehnička kompanija Siemens (Siemens AG). Nazivni napon sinhronih generatora, ovisno o snazi, obično je u rasponu od 400 V do 24 kV. Korišteni su i viši nazivni naponi (do 150 kV), ali izuzetno rijetko. Pored sinhronih generatora mrežne frekvencije (50 Hz ili 60 Hz), takođe visokofrekventni generatori (do 30 kHz) i generatori smanjene frekvencije (16,67 Hz ili 25 Hz) koji se koriste na elektrificiranim prugama nekih evropskih zemalja. Sinhroni generatori, u principu, uključuju i sinhroni kompenzator, koji je sinhroni motor koji radi u praznom hodu i isporuka reaktivne snage visokonaponskoj distributivnoj mreži. Pomoću takve mašine moguće je pokriti potrošnju jalove snage lokalnih industrijskih potrošača električne energije i osloboditi glavnu mrežu elektroenergetskog sistema od prenosa jalove snage.
Pored sinhronih generatora, to je relativno rijetko i pri relativno malim snagama (do nekoliko megavata) asinhroni generatori... U namotu rotora takvog generatora, struja se indukuje magnetnim poljem statora ako se rotor okreće brže od magnetskog polja rotora statora mrežne frekvencije. Potreba za takvim generatorima obično se javlja kada je nemoguće osigurati konstantnu brzinu rotacije osnovnog pokretača (na primjer, vjetroagregat, neke male hidro-turbine itd.)
Imati dC generator magnetni polovi, zajedno sa namotom polja, obično se nalaze u statoru, a navoj armature u rotoru. Budući da se tijekom navoja u namotu rotora indukuje promjenjivi EMF, armatura mora biti opremljena kolektorom (prekidačem), uz pomoć kojeg se na izlazu generatora (na četkicama kolektora) dobiva konstantni EMF. Trenutno se generatori istosmjerne struje rijetko koriste, jer je jednosmjernu struju lakše dobiti pomoću poluvodičkih ispravljača.
Generatori električnih mašina uključuju elektrostatički generatori, na čijem se rotacijskom dijelu trenjem (triboelektrično) stvara visokonaponski električni naboj. Prvi takav generator (ručno rotirana sumporna kugla koja je elektrificirana trenjem o ljudsku ruku) izradio je 1663. gradonačelnik grada Magdeburg (Magdeburg, Njemačka) Otto von Guericke (1602-1686). Tokom svog razvoja takvi generatori omogućavali su otkrivanje mnogih električnih pojava i obrazaca. Ni sada nisu izgubili značaj kao sredstvo za provođenje eksperimentalnih istraživanja u fizici.
Prvi je načinio 4. novembra 1831. profesor Kraljevske institucije (Kraljevske institucije) Michael Faraday (Michael Faraday, 1791-1867). Generator se sastojao od trajnog magneta u obliku potkove i bakrenog diska koji se rotirao između magnetnih polova (slika 3.12.4). Kada se disk okrenuo između svoje osi i ruba, induciran je stalni EMF. Napredniji unipolarni generatori raspoređeni su po istom principu, koji su i dalje u upotrebi (iako relativno rijetko).
Slika: 4. Princip rada uređaja unipolarni generator Michael Faraday. 1 magnet, 2 rotirajuće bakrene pločice, 3 četke. Ručka diska nije prikazana
Michael Faraday rođen je u siromašnoj porodici i poslije osnovna škola, u dobi od 13 godina, postao je šeglar knjigoveže. Iz knjiga je sam nastavio školovanje, a iz Britanske enciklopedije upoznao se s električnom energijom, izradio elektrostatički generator i Leydenovu teglu. Da bi proširio svoje znanje, počeo je pohađati javna predavanja o hemiji direktora Kraljevskog instituta Humphrey Davy (1778–1829), a 1813. unaprijeđen je u svog pomoćnika. 1821. postao je glavni inspektor ovog instituta, 1824. - član Kraljevskog društva (Kraljevsko društvo), a 1827. - profesor hemije na Kraljevskom institutu. 1821. započeo je svoje poznate eksperimente na električnoj energiji, tijekom kojih je predložio princip rada elektromotora, otkrio fenomen elektromagnetske indukcije, princip magnetoelektričnog generatora, zakone elektrolize i mnoge druge temeljne fizičke pojave. Godinu dana nakon gore opisanog Faradayevog eksperimenta, 3. septembra 1832. godine, pariški mehaničar Hippolyte Pixii (1808-1835) izradio je, po nalogu i pod vodstvom utemeljitelja elektrodinamike Andre Marie Ampere (1775-1836), generator sa ručno rotiranim kod Faradaya, magnet (slika 5). U namotaju armature Pixie generatora inducira se promjenjivi EMF. Da bi se ispravila rezultirajuća struja, na generator je prvo priključen otvoreni živin prekidač, koji prebacuje polaritet EMF-a na svakom poluokretu rotora, ali ga je ubrzo zamijenio jednostavniji i sigurniji cilindrični kolektor četkica prikazan na sl. pet.
Slika: 5. Princip rada uređaja magnetoelektrični generator Ippolita Pixie (a), grafikon induciranog EMF-a (b) i grafikon pulsirajuće konstante EMF-a dobiven pomoću kolektora (c). Ručka i konusno brzina nije prikazano
Generator, izgrađen na principu Pixie, prvi je put 1842. godine u svom pogonu u Birminghamu (Birmingham) za napajanje galvanskih kupki napajao engleski industrijalac John Stephen Woolrich (1790-1843), koristeći kao pogonski motor parna mašina zapremine 1 litre. od. Njegov napon generatora bio je 3 V, nazivna struja je bila 25 A, a efikasnost oko 10%. Isti, ali snažniji generatori brzo su počeli da se primenjuju u drugim preduzećima za galvanizaciju u Evropi. 1851. godine njemački vojni liječnik Wilhelm Josef Sinsteden (1803-1891) predložio je upotrebu elektromagneta umjesto trajnih magneta u induktoru i opskrbu strujom iz manjeg pomoćnog generatora; otkrio je i da će se efikasnost generatora povećati ako čelična jezgra elektromagneta ne bude izrađena od masivnih, već od paralelnih žica. Međutim, ideje Zinstedena počeo je zapravo koristiti tek 1863. godine engleski samouki inženjer elektrotehnike Henry Wilde (1833-1919), koji je, između ostalih inovacija, predložio da se na osovinu generatora postavi pobuđivač (engleski exitatrice). 1865. godine proizveo je generator bez presedana od 1 kW, pomoću kojeg je mogao čak pokazati i topljenje i zavarivanje metala.
Najvažnije poboljšanje dC generatori postali njihovi samopobuđivanje, čiji je princip patentiran 1854 glavni inženjer državne željeznice Danske Soren Hjorth (1801-1870), ali u to vrijeme nije pronađena praktična primjena... 1866. godine ovaj je princip ponovo nezavisno otkrilo nekoliko elektroinženjera, uključujući već spomenutog G. Wildea, ali je široko poznat postao u decembru 1866. godine, kada je njemački industrijalac Ernst Werner von Siemens (1816. - 1892.) primijenio u mom kompaktnom i visoko efikasnom generatoru. 17. januara 1867. godine na berlinskoj Akademiji nauka pročitano je njegovo čuveno predavanje o dinamo-električnom principu (samopobuđivanje). Samopobuđivanje dozvoljeno odbiti od pomoćnih generatora pobude (od pobuđivača), što je omogućilo proizvodnju mnogo jeftinije električne energije u velikim količinama. Iz tog se razloga 1866. godina često smatra godinom rođenja visokostrujne elektrotehnike. U prvim samopobudnim generatorima namot uzbude bio je uključen, kao i u Siemensu, u seriju (serijski) sa namotom armature, ali je u februaru 1867. godine engleski elektroinženjer Charles Wheatstone (1802-1875) predložio paralelno pobuđivanje, što omogućava bolju kontrolu EMF-a generatora na koji on došlo čak i prije izvještaja o uzastopnom pobuđivanju koje je otkrio Siemens (slika 6).
Slika: 6. Razvoj sistema pobude za jednosmerne generatore. pobuda permanentnim magnetom (1831), b vanjska pobuda (1851), c uzastopno samopobuđivanje (1866), d paralelno samopobuđivanje (1867). 1 armatura, 2 namotaja uzbude. Nisu prikazani regulacijski reostati struje pobude.
Potreba za alternatori nastao je 1876. godine, kada je ruski elektroinženjer Pavel Yablochkov (1847–1894), radeći u Parizu, počeo osvjetljavati gradske ulice uz pomoć lučnih svjetiljki naizmjenične struje (svijeće Yablochkov) koje je on proizveo. Prve generatore potrebne za to stvorio je pariški izumitelj i industrijalac Zenobe Theophile Gramme (1826-1901). S početkom masovna proizvodnja Žarulje sa žarnom niti 1879. godine, izmjenična struja na neko su vrijeme izgubile na značaju, ali su ponovo dobile na značaju zbog povećanja opsega prenosa električne energije sredinom 1880-ih. 1888.-1890., Vlasnik sopstvenog istraživačkog laboratorija Tesla-Electric (Tesla-Electric Co., New York, SAD), srpski inženjer elektrotehnike koji je emigrirao u Sjedinjene Države, Nikola Tesla (Nikola Tesla, 1856.-1943.) I glavni inženjer kompanije AEG (AEG, Allgemeine Elektricitats-Gesellschaft) Ruski elektroinženjer Mihail Dolivo-Dobrovolski (1862-1919) koji je emigrirao u Nemačku razvio je trofazni sistem naizmenične struje. Kao rezultat, proizvodnja je sve moćnija sinhroni generatori za termoelektrane i hidroelektrane u izgradnji.
Važnom fazom u razvoju turbinskih generatora može se smatrati razvoj cilindričnog rotora 1898. godine od strane suvlasnika švicarskog postrojenja za elektrotehniku \u200b\u200bBrown, Boveri i kompanije (Brown, Boveri & Cie., BBC) Charles Eugen Lancelot Brown (1863-1924). Prvi generator hlađen vodonikom (snage 25 MW) proizvela je 1937. američka kompanija General Electric, a linijskim vodenim hlađenjem 1956. engleska kompanija Metropolitan Vickers.
Svemir je čovječanstvu pružio bilijun načina da dobije električnu energiju, a svaku fazu razvoja karakteriziraju vlastite tehnologije. Na primjer, u povijesti se van de Graaffov generator konstantnog naboja smatra prvim. Pogrešno gledište. Ljudi su i ranije koristili druge sorte. Danas ćemo razmotriti uređaj, princip rada alternatora. Hajde da počnemo.
Generatori električne struje
Princip je dizajniran da stvori potencijal u odnosu na Zemlju, koji se smatra nulom. Pogrešno, ali sve na svijetu je relativno. Iako zemaljska površina nosi naboj, potencijalna razlika između terminala generatora i tla igra ulogu. Objekt koji stoji na tlu obavijeno je poljem planete, smatramo da je postulat ispravan. Izumljen je prvi DC generator. Pre napetost. Pokazalo se da je napon fantastičan, uređaj je davao malo struje. Princip rada je jednostavan:
Princip generatora
- Traka se trlja, lokalno se stvara naboj.
- Odjeljak dolazi do sakupljača putem transportnog mehanizma.
- Gustina je izjednačena provodljivošću kugličnog terminala.
Kao rezultat, kugla dobiva naboj jednak naboju lokalne vrpce. Jasno je da takvi generatori nisu baš prikladni, 1831. Michael Faraday stvara nešto novo. Koristeći magnetiziranu potkovu, rotirajući bakreni disk primao je električnu energiju na drugačiji način: fenomen magnetne indukcije. Struja je izlazila naizmjenično. Zbog toga je polje prestalo biti statično, postajući elektromagnetsko. Objasnimo:
- U prirodi često postoje naboji električne energije pozitivnog ili negativnog predznaka, niko nije mogao zasebno pronaći polove magneta.
- Naizmjenično električno polje uzrokuje odgovarajući odziv etera. Izražava se stvaranjem promenljive magnetne komponente u ravni okomitoj na original.
Proces se kontinuirano odvija, naziva se elektromagnetski talas. Ovladavanje slobodnim prostorom u pravoj liniji, dok energija odumire. Što se tiče žica, električnu energiju je relativno lako širiti. Ali! Dok je kabel upleten. Zaslon je nestao, nema uzemljenja (uzemljenja) - val počinje emitirati. Učinak iskorištavaju bežični indikatorski odvijači, pomažući u uspostavljanju (lokalizaciji) izvora smetnji na industrijskoj frekvenciji 50 Hz. A ako sistemska jedinica računara nije uzemljena, uz pomoć sitnice lako možete ispraviti kvar.
Pomaže u provjeri štetnog zračenja ekrana. Frekvencija od 50 Hz se lako zrači žicama. Aspekt povećava troškove elektrana (gubici), šteti zdravlju građana. Kako energija nastaje u Faradayevom generatoru? Školski učitelji su objasnili: kada se okvir okreće u polju magneta, indukcija kroz područje se mijenja, indukuje se električna struja.
Mehanička energija kretanja pretvara se u električnu energiju. Pogađate, čovječanstvo iskorištava:
- Pad mase vode sa brane.
- Energija pare iz termoelektrana, nuklearnih elektrana.
Dva glavni mehanizmi dobivanje energije. Električna energija postaje kretanje lopatica turbine generatora. Priroda je rodila uređaje koji sagorevaju dizel gorivo, petrolej, princip rada se ne razlikuje mnogo. Razlika je ograničena pokretljivošću, brzinom sečiva.
Proizvodnja električne energije u gradovima
Pogledajmo uređaj generatora struje hidroelektrane. Podignuta je brana za akumuliranje potencijalne energije koju pokreće korito rijeke. Uzvodni nivo brzo počinje rasti. Da bi se izbjegao proboj (bilo koje vrste), oslobađa se dio višetonske mase (na nekim mjestima se postavljaju posebne brave kako bi se riba mogla mrijestiti). Korisni dio protoka prolazi kroz vodeće lopatice. Upoznat sa uređajem mlazni motori, razumio govor. Vodič lopatice naziva se konfiguracija zaklopki; promjenom položaja regulira se količina prolazećeg medija (vode).
U pregledima su rekli da su regulirani strogi zahtjevi za učestalost proizvedene električne energije. Naučnici su izračunali: to je moguće postići na trenutnom nivou razvoja, koristeći masivne lopatice, koje nisu pod utjecajem manjih udara valova. U obzir se uzima prosječna masa vode koja prolazi, male skokove skriva nevjerovatna masa propelera. Očigledno je da je težinskih dimenzija brzina rotacije nemoćna i iznosi 50 Hz (3000 o / min). Oštrica radi 1-2 okretaja u minuti.
Vijak okreće rotor generatora. Pokretna os postavljena sa poljskim namotajima. Zavojnice kroz koje se prolazi jednosmjerna struja kako bi se stvorilo stabilno magnetno polje. Ne dolazi do zračenja, vrijednost intenziteta je konstantna (vidi gore). Uočene su beznačajne fluktuacije, a rezultat ne utječe na suštinu postupka: osovina je oblikovana od nekoliko rotacijskih magneta.
Jedan se pojavljuje suptilan trenutak: kako dobiti frekvenciju od 50 Hz. Brzo su došli do zaključka: neisplativo je ispravljati izmjeničnu struju, a zatim instalirati pretvarač obrnutog pretvaranja. Uz stator je postavljeno mnoštvo žičanih zavojnica (okvir iz Faradayevih eksperimenata) u kojima će se inducirati indukcija. Ispravnom komutacijom moguće je ukloniti potrebnih 230 volti iz generatora (u stvari još uvijek postoje silazni transformatori) frekvencije 50 Hz. Generatori proizvode tri faze pomaknute za 120 stepeni. Postavlja se novo pitanje - osigurati stabilnost. Dati odmjerenu količinu vode dok oštrica ubrzava? Praktično nemoguće, postupite na sljedeći način:
- Pored namotaja kolektora, stator sadrži uzbudljive.
- Postoji frekventni napon koji omogućava lopaticama da povećaju željenu brzinu.
- Ispada u stvari ogroman sinhroni motor.
Početno ubrzanje sustiže protok vode, pomoćni napon zadržava vijak koji pokušava premašiti zadata brzina... Voda zapravo gura kolos, napon pobude poslužit će kao regulacija (naravno, izmjenična struja se napaja na stator). Želiš dobiti više snage, vodilice brane blago. Masa vode postaje sve čvršća, to bi definitivno narušilo brzinu. Potrebno je povećati struju pobude statora, kontrolno polje postaje jače, situacija ostaje u normalnim granicama.
Motor unutrašnje sagorevanje Caterpillar rotirajući generator
Snaga generatora se povećava. Da li se napon održava na nivou? Prema Faradayevom zakonu elektromagnetskog emf, napon se određuje brzinom promjene magnetskog polja, brojem zavoja. Ispada da smo konstruktivnim izborom površine zavojnica, dužine kabela, postavili izlazni napon generatora. Naravno, svako bi trebao imati svoju brzinu rotacije oštrice. Podnosi struju pobude rotora. Sa povećanjem snage, EMF se povećava. Povećanje struje pobude povećava brzinu promjene jačine magnetnog polja.
Treba nam način da održimo iste parametre. Često se koriste izolacioni transformatori sa promjenjivim pojačanjem. Potrošač mijenja struju, napon ostaje konstantan. Osigurani su parametri navedeni u standardima. Uređaj alternatora zasnovan je na pobuđivanju statorskih namotaja, ostalo se svodi na metode regulacije parametara.
Podešavanje parametrom alternatora
U najjednostavnijem slučaju, snaga se ne može promijeniti. U domaćinstvu (mali generatori) krug nadgleda napon, vrijednost struje pobude se mijenja. Rijetko je situacija u rukama potrošača. Potroši se dizel gorivo. Ispada da se stara energija troši, a neka rasipa po prostoru. Nije zastrašujuće kada se vratimo na Zemlju dijelom brzine rijeke, rijetki škrtac želi besplatno sagorjeti gorivo.
Čitatelji su shvatili: brzina se može slomiti ako ne smanjite dovod vode, plina, pare - općenito, pokretačka snaga. Nadgleda zasebni upravljački krug opremljen mehanizmima za podešavanje. Za privatnu kuću je učinkovitije stvoriti sustav za punjenje; danas je moguće napajati rasvjetu, laptope i mnoge druge uređaje sa 12 volti jednosmjerne struje. Mreža može biti opremljena ogrankom za periodično punjenje baterije. Kao što se sjećamo, postoje dvije metode:
- Sa konstantnom strujom. Napon varira, svakih sat vremena puni se desetina kapaciteta. Proces traje 600 minuta.
- OD konstantni napon... Struja pada eksponencijalno, isprva će to biti relativno velike vrijednosti. Glavni nedostatak tehnike.
Princip rada alternatora omogućit će vam punjenje baterija, vođeni potrebom. Podrazumijeva se da će prije kaskade akumulatora biti potreban galvanski izolacijski krug. Iz onoga što ste pročitali možete pretpostaviti, hidroelektrane koriste uređaje s podesivim omjerom transformacije. Metode za sprovođenje ideje mogu biti različite:
- Transformatori s preklopljenim namotajima su široko korišteni. Broj okretaja može se mijenjati prebacivanjem sklopnika kruga.
- Glatkiji omjer pruža klizni kontakt. Ovdje se zavoji jedne zavojnice očiste, strujni kolektor radi naprijed-nazad, mijenjajući broj radnih zavoja. Jasno je da je teško proći veliku struju, pojavit će se iskra, u slučaju hidroelektrane ona će postati luk. Umjesto toga, uređaj za regulaciju relativno malih snaga.
Iz navedenog slijedi: logično je mijenjati struju pobude rotora hidroelektrane u skokovima u vremenu s prebacivanjem namotaja regulacijskog transformatora. Zatim slijedi glatko podešavanje, naponski parametri se vraćaju u normalu. Rečeno općenitokako radi alternator. Treba napomenuti da raznolikost konstrukcija ne iscrpljuje. Ovaj pogled uređaji čine okosnicu porodice koja se naziva sinhroni alternatori. Opskrba gradova, uglavnom, energijom.
Asinhroni alternator
Asinhrone generatore karakterizira odsustvo električne veze između statora i rotora. Brzinu regulira vodeća lopatica. U skladu s tim, stabilnost frekvencije opada, amplituda napona je također nestabilna. Kao rezultat, možemo primijetiti relativnu jednostavnost dizajna asinkronog alternatora, stabilnost parametara ne sjaji dobrim performansama.
Karakteristična karakteristika je sposobnost nedostataka asinhroni motori glatko migriraju, zaražavajući nove uređaje. Očito je da se za opskrbu potrošača energijom reguliše frekvencija struje, a snaga se dobiva slučajnom. Međutim, ako je generator u relativno trajnom okruženju, to neće predstavljati veliki problem.
Alternator ili generator istosmjerne struje je uređaj za proizvodnju električne energije pretvaranjem mehaničke energije.
Kako izgleda alternator
Kako radi alternator? Struja se stvara u provodniku magnetnim poljem. Pogodno je generirati struju okretanjem pravokutnog elektroprovodljivog okvira u nepokretnom polju ili trajnog magneta u njemu.
Kada se okreće oko osi magnetskog polja ono stvara unutar okvira pomoću ugaona brzina ω, okomite stranice konture će biti aktivne dok ih prelaze magnetne linije. Nema djelovanja na vodoravnim stranama koje se podudaraju u smjeru s magnetskim 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, od djelovanja promjenjivog magnetskog polja u vodiču, indukuje se izmjenični EMF.
Za veliki broj zavoja wizražavanjem formule u terminima maksimalnog protoka F m, dobivamo sljedeći izraz:
e = wF m grijeh ω t.
Princip rada drugog tipa alternatora zasnovan je na rotaciji vodljivog okvira između dva trajna magneta sa suprotnim polovima. Najjednostavniji primjer prikazan je na donjoj slici. Napon koji se pojavljuje u njemu uklanja se kliznim prstenima.
Generator struje stalnog magneta
Upotreba uređaja nije vrlo česta zbog opterećenja pokretnih kontakata velikom strujom koja prolazi kroz rotor. Dizajn prve zadane verzije ih također sadrži, ali kroz njih se kroz zavojnice rotirajućeg elektromagneta napaja mnogo manje istosmjerne struje, a glavna snaga se uklanja sa stacionarnog namota statora.
Sinkroni generator
Karakteristika uređaja je jednakost frekvencije f, inducirani u EMR statora i brzini rotora ω :
ω \u003d 60 ∙f/ str o / min,
gde str - broj parova polova u namotu statora.
Sinkroni generator stvara EMF u namotu statora čija se trenutna vrijednost određuje iz izraza:
e \u003d 2π B max lwDn grijehω t,
gde li D - dužina i unutarnji promjer jezgre statora.
Sinkroni generator proizvodi napon sa sinusnim karakteristikama. Kada je povezan na njegove stezaljke C 1, C 2, C 3 potrošača, jedno- ili trofazna struja prolazi kroz krug, dijagram je dolje.
Trofazni sinhroni krug generatora
Djelovanje promjenjivog električnog opterećenja mijenja i mehaničko opterećenje. To povećava ili smanjuje brzinu rotacije, što rezultira promjenom napona i frekvencije. Da se takva promjena ne dogodi, električne karakteristike automatski održavati na zadanom nivou kroz napone i strujne povratne informacije na namotu rotora. Ako je rotor generatora izrađen od trajnog magneta, on ima ograničenu sposobnost stabilizacije električnih parametara.
Rotor je prisiljen rotirati. Na njegov namot se dovodi indukcijska struja. U statoru magnetsko polje rotora, rotirajući se istom brzinom, indukuje 3 izmjenična EMF-a sa faznim pomakom.
Glavni magnetski tok generatora stvara se djelovanjem istosmjerne struje koja prolazi kroz namot rotora. Snaga može dolaziti iz drugog izvora. Uobičajena je i metoda samopobude kada se mali dio izmjenične struje uzima iz namota statora i prolazi kroz namotaj rotora nakon prethodnog ispravljanja. Proces se temelji na zaostalom magnetizmu, što je dovoljno za pokretanje generatora.
Glavni uređaji koji proizvode gotovo svu svjetsku električnu energiju su sinhroni hidro ili turbinski generatori.
Asinhroni generator
Uređaj asinhronog tipa alternatora razlikuje se u razlici u EMF brzini ω i rotor ω r. Izražava se koeficijentom koji se naziva klizanje:
s \u003d (ω - ω r) / ω.
U režimu rada, magnetno polje usporava rotaciju armature i njegova frekvencija je niža.
Asinhroni motor može raditi u generator modu ako je ω r\u003e ω, kada struja promijeni smjer i energija se vrati mreži. Ovdje elektromagnetski moment postaje kočenje. Upotreba ovog svojstva uobičajena je za smanjenje tereta ili na električnim vozilima.
Asinhroni generator se bira kada zahtjevi za električnim parametrima nisu jako visoki. U prisustvu preopterećenja ubrizgavanjem, poželjan je sinhroni generator.
Uređaj automobilski generator se ne razlikuje od uobičajene, generirajući električnu struju. Stvara izmjeničnu struju koja se zatim ispravlja.
Kako izgleda automobilski generator
Dizajn se sastoji od elektromagnetskog rotora koji se okreće u dva ležaja pogođena remenicom. Ima samo jedan namotaj, sa napajanjem jednosmernom strujom kroz 2 bakarna prstena i grafitne četke.
Elektronski regulator releja održava stabilan napon od 12V, neovisno o brzini rotacije.
Krug automobilskog generatora
Struja iz akumulatora odlazi na namotaj rotora kroz regulator napona. Trenutak rotacije prenosi mu se preko remenice i EMF se inducira u zavojima namotaja statora. Stvorena trofazna struja ispravlja se diodama. Održavanje konstantnog izlaznog napona vrši regulator koji kontrolira struju polja.
Kako se motor podiže, struja polja opada, što pomaže u održavanju konstantnog izlaznog napona.
Klasični generator
Dizajn sadrži motor sa tečnim gorivom koji pokreće generator. Brzina rotora mora biti stabilna, u suprotnom se kvalitet proizvodnje električne energije smanjuje. Kada se generator istroši, brzina rotacije postaje manja, što je značajan nedostatak uređaja.
Ako je opterećenje generatora ispod nazivnog, on će djelomično raditi u praznom hodu, trošeći višak goriva.
Zbog toga je važno kada ga kupujete precizno izračunati potrebnu snagu kako bi bio pravilno opterećen. Opterećenje ispod 25% je zabranjeno, jer to utječe na njegovu trajnost. Svi mogući režimi rada koji se moraju poštovati naznačeni su u pasošima.
Postoje mnoge vrste klasičnih modela prihvatljive cijene, visoka pouzdanost i veliki raspon snage. Važno je pravilno ga utovariti i na vrijeme pregledati. Slika ispod prikazuje modele benzinskih i dizel generatora.
Klasični generator: a) - generator benzina, b) - dizel generator
Dizel generator
Generator pokreće motor koji radi dizel gorivo... Motor s unutrašnjim sagorijevanjem sastoji se od mehaničkog dijela, upravljačke ploče, sistema za dovod goriva, hlađenja i podmazivanja. Snaga generatora ovisi o snazi \u200b\u200bmotora s unutarnjim sagorijevanjem. Ako je potreban mali, na primjer za kućanske aparate, poželjno je koristiti generator benzina. Dizel generatori se koriste gdje god je potrebno više snage.
ICE se u većini slučajeva koriste sa gornjim ventilima. Kompaktniji su, pouzdaniji, lako se popravljaju i emitiraju manje toksičnog otpada.
Radije biraju generator s metalnim kućištem, jer je plastika manje izdržljiva. Uređaji bez četkica trajniji su, a generirani napon je stabilniji.
Kapacitet rezervoar za gorivo omogućava rad na jednoj benzinskoj pumpi ne više od 7 sati. U stacionarnim instalacijama koristi se vanjski spremnik velike zapremine.
Generator plina
Kao izvor mehaničke energije, najčešći četverotaktni motor karburatora... Uglavnom se koriste modeli od 1 do 6 kW. Postoje uređaji do 10 kW koji mogu pružiti ladanjsku kuću na određenom nivou. Cijene generatori benzina prihvatljivi su, a resurs je sasvim dovoljan, iako manji od dizelskih motora.
Generator se bira ovisno o opterećenjima.
Za velike početne struje i čestu upotrebu električnog zavarivanja bolje je koristiti sinhroni generator. Ako uzmete snažniji asinkroni generator, on će se nositi sa udarnim strujama. Međutim, ovdje je važno da se napuni, inače će se benzin neracionalno trošiti.
Generator pretvarača
Mašine se koriste tamo gde je potrebna struja visoka kvaliteta... Mogu raditi kontinuirano ili u intervalima. Predmeti potrošnje energije ovdje su institucije u kojima prenaponski naponi nisu dozvoljeni.
Osnova generatora pretvarača je elektronička jedinicakoji se sastoji od ispravljača, mikroprocesora i pretvarača.
Blok dijagram inverterskog generatora
Proizvodnja električne energije započinje na isti način kao i kod klasičnog modela. Prvo se generira izmjenična struja, koja se zatim ispravlja i dovodi u pretvarač, gdje se opet pretvara u izmjeničnu struju, sa željenim parametrima.
Vrste generatora pretvarača razlikuju se u prirodi izlaznog napona:
- pravougaone - najjeftinije, sposobne za pogon samo električnih alata;
- trapezoidni impuls - pogodan za mnoge uređaje, osim osjetljive opreme (srednja cjenovna kategorija);
- sinusni napon - stabilne karakteristike pogodne za sve električne uređaje (najviša cijena).
Prednosti inverterskih generatora:
- male veličine i težine;
- mala potrošnja goriva regulisanjem proizvodnje količine električne energije koja je trenutno potrebna potrošačima;
- mogućnost kratkotrajnog rada sa preopterećenjem.
Mane su visoke cijene, osjetljivost na temperaturne promjene elektroničkog dijela, mala snaga. Pored toga, skupo je popraviti elektroničku jedinicu.
Model pretvarača odabire se u sljedećim slučajevima:
- uređaj se kupuje samo u slučajevima kada konvencionalni generator nije prikladan, jer je njegova cijena visoka;
- potrebna je snaga ne više od 6 kW;
- za trajnu upotrebu su bolje klasične verzije generatora;
- potrebno je djelomično opskrbiti kućanske aparate električnom energijom;
- za domaću upotrebu bolje je koristiti jednofazne uređaje.
Video. Alternator.
Alternatori su sposobni dopuniti električnu energiju u kući u slučaju kvara stacionarnog uređaja, a koriste se i svugdje gdje je potrebna struja.
Kao što znate, kada struja prolazi kroz vodič (zavojnicu), stvara se magnetno polje. Suprotno tome, kad se vodič pomiče gore-dolje kroz magnetske linije, nastaje elektromotorna sila. Ako je kretanje vodiča sporo, rezultirajuća električna struja bit će slaba. Vrijednost struje je direktno proporcionalna jačini magnetskog polja, broju vodiča i, shodno tome, brzini njihovog kretanja.
Najjednostavniji generator struje sastoji se od zavojnice izrađene u obliku bubnja na koju je namotana žica. Zavojnica je postavljena na osovinu. Žičani namotani bubanj se naziva i sidro.
Da biste uklonili struju iz zavojnice, kraj svake žice je zalemljen na četke za sakupljanje struje. Ove četke moraju biti potpuno izolirane jedna od druge.
Alternator
Kada se armatura okrene oko svoje osi, elektromotorna sila se mijenja. Kada se zavojnica okrene za devedeset stepeni, struja je maksimalna. Na sljedećem zavoju pada na nulu.
Kompletna revolucija zavojnice u generatoru stvara tekuće razdoblje ili, drugim riječima, izmjeničnu struju.
Prekidač se koristi za dobivanje konstantne struje. To je podijeljeni prsten na dva dijela, od kojih je svaki pričvršćen na različite zavoje armature. Kada ispravna instalacija polovine prstena i četkica za sakupljanje struje, za svaki period promjene jakosti struje u uređaju, istosmjerna struja će teći u vanjsko okruženje.
Veliki industrijski generator električne energije ima fiksnu armaturu koja se naziva stator. Rotor se okreće unutar statora stvarajući magnetno polje.
Obavezno pročitajte članke o automobilskim generatorima:
Bilo koji automobil ima generator električne energije koji radi dok se automobil kreće da bi napajao bateriju, sisteme paljenja, farove, radio itd., Električnom energijom. Namot rotorskog polja je izvor magnetskog polja. Da bi se magnetski tok namotaja uzbude dovodio bez gubitaka namotaja statora, zavojnice se postavljaju u posebne žljebove u čeličnoj konstrukciji.
Generator struje- ovo je električni automobil, koji pretvara mehaničku energiju u električnu. Mogu generirati i jednosmjernu i izmjeničnu struju.
Sve do druge polovine 20. vijeka U vozilima su korišteni istosmjerni generatori. Tada su poluprovodničke diode postale široko rasprostranjene, što je omogućilo ispravljanje naizmjenične struje ili njezinu konstantnost. Stoga su u ovom području generatori istosmjerne struje zamijenjeni pouzdanijim i kompaktnijim trofazni generatori izmjenična struja.
U Potanko sam ispitao pitanja rada elektromotora, sada će oni biti predstavljeni opšti principi rad i uređaj generatora struje. Neću se detaljno zadržavati na DC mašinama, jer se danas ne koriste u svakodnevnom životu, u garažama i na vozilima. Oni se široko koriste u gradskom električnom transportu: trolejbusima i tramvajima.
Princip rada generatora struje
Generator radi po zakonu Faradayeva elektromagnetna indukcija - elektromotorna sila (EMF) indukuje se u pravougaonom krugu (žičani okvir) koji se okreće u jednoličnom rotacijskom magnetnom polju.
EMF se takođe javlja u fiksnom pravokutnom okviru ako u njemu okrećete magnet.
Najjednostavniji generator je pravokutni okvir smješten između 2 magneta s različitim polovima. Da bi se uklonio napon s rotirajućeg okvira, koriste se klizni prstenovi. Na praksi koriste se i elektromagneti, koji su induktori ili namotaji od bakrene žice u izolacijskom laku. Prilikom prolaska električna struja duž namotaja počinju imati elektromagnetska svojstva. Za njihovo uzbuđenje potreban je dodatni izvor struje - u automobilima ovo akumulatorska baterija... U elektranama u domaćinstvu pobuda tijekom pokretanja nastaje kao rezultat samopobude ili dodatnog istosmjernog generatora male snage, koji se pokreće vratilom generatora.
Po principu rada generatori mogu biti sinhroni ili asinhroni.
- Asinhroni generatori strukturno jednostavna i jeftina u proizvodnji, otpornija na struje kratkog spoja i preopterećenja. Asinhroni generator idealan je za napajanje aktivnih opterećenja: žarulje sa žarnom niti, električni grijači, elektronika, električni plamenici itd. Ali čak je i kratkotrajno preopterećenje za njih neprihvatljivo, stoga, kada spajaju električne motore, to ne čine elektronski tip aparat za zavarivanje, električni alat i druga induktivna opterećenja - rezerva snage treba biti najmanje trostruka, a najbolje četverostruka.
- Sinkroni generator savršeno za induktivne potrošače sa visokim početnim strujama. Sposobni su izdržati petostruko strujno preopterećenje za jednu sekundu.
Uređaj alternatora
Za primjer razmatranja uređaja uzmimo automobilski trofazni generator. 
Automobilski generator sastoji se od tijela i dva poklopca s otvorima za ventilaciju. Rotor se okreće u 2 ležaja i pokreće ga remenica. U svojoj srži, rotor je elektromagnet koji se sastoji od jednog namotaja. Struja mu se napaja pomoću dva bakarna prstena i grafitnih četkica, koji su povezani na elektronski relejni regulator. Odgovorna je za osiguravanje da izlazni napon generatora uvijek bude u dopuštenom opsegu od 12 volti s dopuštenim odstupanjima i ne ovisi o brzini remenice. Relejni regulator može biti ugrađen u kućište generatora ili izvan njega.
Stator se sastoji od tri bakrena namotaja međusobno povezana trokutom. Ispravljački most od 6 poluvodičkih dioda povezan je na tačke njihovog povezivanja, koje pretvaraju napon iz AC u DC.
Generator benzina sastoji se od motora i pokreće ih pravocrtno - generator struje, koji može biti i sinhroni i asinhroni tip.
