Generator jævnstrøm er en elektrisk maskine, der producerer en konstant spænding.
Bag denne ret banale definition ligger en meget kompleks enhed, som praktisk talt er perfektion af teknisk tanke. Siden opfindelsen i slutningen af det 19. århundrede har designet af jævnstrømsgeneratoren faktisk ikke undergået væsentlige ændringer.
Ingen energi dukker bare op ud af ingenting. Hun er altid et produkt af en anden kraft. Dette gælder også for elektrisk strøm. For at det kan opstå, har du brug for et magnetfelt, der giver dig mulighed for at bruge effekten af elektromagnetisk induktion - excitation af EMF i en roterende leder.
Hvis en belastning er forbundet til enderne af ledersløjfen, indeni hvilken en permanent magnet roterer, vil vekselstrøm strømme i den. Dette vil ske, fordi magnetens poler skifter plads. Denne effekt er baseret på tvillingebrødrene til konstantspændingsmaskiner.
Hele tricket, takket være hvilket den resulterende strøm ikke ændrer retning, er at have tid til at skifte med samme hastighed, som magneten roterer. Denne opgave kan kun udføres af en samler - en speciel enhed bestående af flere ledende sektorer adskilt af dielektriske plader. Den er fastgjort til ankeret på en elektrisk maskine og roterer synkront med den.
Elektrisk energi opsamles fra ankeret af børster - stykker af grafit, som har høj elektrisk ledningsevne og en lav glidende friktionskoefficient. I det øjeblik, hvor de strømførende sektorer i kollektoren skifter plads, bliver den inducerede EMF nul, men den har ikke tid til at skifte fortegn, da børsten overføres til den strømopsamlende sektor forbundet til den anden ende af lederen .
Som et resultat producerer enhedens output en pulserende spænding af samme størrelse. For at udjævne spændingsrippel bruges flere armaturviklinger. Jo flere der er, jo lavere spændingsstigninger ved generatorudgangen.
Antallet af strømsamlende sektorer på solfangeren er altid dobbelt så stort som ankerviklingerne.
Fjernelse af den genererede spænding fra ankerviklingen, og ikke statoren, er den grundlæggende forskel mellem en DC-maskine og en AC-maskine. Dette forudbestemte også deres væsentlige ulempe: friktionstab mellem børsterne og kommutatoren, gnistdannelse og opvarmning.
Find ud af, hvordan enheden fungerer
Som enhver elektrisk maskine består en DC-generator af et armatur og en stator.
Ankeret er samlet af stålplader med udsparinger, hvori viklingerne er placeret. Deres ender er forbundet med en kollektor bestående af kobberplader adskilt af et dielektrisk. Opsamleren, ankeret med viklinger og akslen på den elektriske maskine bliver efter montering en samlet helhed.
Generatorstatoren er også dens hus, på hvis indre overflade flere par permanente eller elektriske magneter er fastgjort. Normalt bruges elektriske, hvis kerner kan støbes sammen med kroppen (til maskiner lav strøm) eller lavet af metalplader.
Huset giver også plads til fastgørelse af strømopsamlende børster.
Afhængigt af antallet af magnetpoler på statoren ændres antallet af grafitelementer også. Der er lige så mange par stænger, som der er børster.
Typer af tilslutning af elektriske statormagneter
DC-generatorer adskiller sig i typen af forbindelse af statorelektriske magneter. De kan være:
- med uafhængig excitation;
- parallel;
- konsekvent.
På uafhængig excitation De elektriske statormagneter er forbundet til en uafhængig DC-kilde. Dette gøres normalt gennem en reostat. Fordelen ved en sådan ordning er evnen til at regulere den genererede elektriske effekt over et bredt område. Ulempen er behovet for at have yderligere kilde ernæring.
De resterende to metoder er specielle tilfælde af selv-excitering af generatoren, hvilket er muligt med en lille resterende magnetisme af statoren. På parallelt arbejde I DC-generatoren drives statorelektromagneterne af en del af den genererede spænding. Dette er den mest almindelige ordning.
På sekventiel excitation elektromagnetkredsløbet er forbundet i serie med ankerbelastningskredsløbet. Mængden af strøm, der løber gennem elektromagneterne, afhænger væsentligt af generatorens belastning. Derfor bruges et sådant kredsløb kun til tilslutning af DC-traktionsmotorer, som skifter til generationstilstand ved bremsning.
Et blandet kredsløb til tilslutning af excitationsviklingen bruges også - parallel-seriel. For at gøre dette skal hver pol på elektromagneten have to isolerede viklinger (den serieforbundne består normalt kun af to til tre vindinger).
Sådanne elektriske maskiner bruges, når det er nødvendigt at begrænse strømmen kortslutning under belastning. For eksempel i mobile svejseenheder.
Tilstedeværelsen af en kommutator-børstesamling komplicerer designet af en elektrisk maskine betydeligt. Derudover overføres den genererede energi gennem den med store tab og fysisk aktivitet. Derfor udskiftes DC-maskiner, hvor det er muligt, med en broensretter. Disse er f.eks. alle bilkilder til elektricitet.
Designet og princippet om drift af en jævnstrømsgenerator på video
Generatoren er designet til at forsyne alle køretøjets elektriske systemer, mens motoren kører. Selvom batteriet lagrer noget energi, vil det på grund af dets begrænsede kapacitet hurtigt tømmes uden genopladning. Alle elektriske behov, inklusive batteriopladning, leveres af generatoren, som drives af motoren via et remtræk. Genopladning af batteriet kræver konstant strøm, så enten en jævnstrømsgenerator (dynamo) eller en generator er nødvendig vekselstrøm med ensretter.
I øjeblikket bruges kun vekselstrømsgeneratorer i biler på grund af deres fordele. Men før introduktionen af halvledere blev DC-generatorer brugt.
På grund af designfunktioner, sådanne DC elektriske maskiner havde betydelige ulemper, for eksempel manglende evne til at oplade batteriet, når motoren gik i tomgang.
På grund af den udbredte implementering elektriske apparater I konstruktionen af bilen kunne den øgede efterspørgsel efter elektricitet ikke imødekommes af DC-generatoren på grund af, at strømmen skulle fjernes fra den roterende kommutator med kulbørster, da strømmen induceres i rotoren, mens excitationsviklingerne er stationære (fig. 1 a).
Ris. 1. Skematiske diagrammer af generatorer:
a) jævnstrøm (fast magnetfelt),
b) vekselstrøm (roterende magnetfelt);
1-anker; 2-samler med børster; 3-stator;
F- magnetisk flux; jeg-nuværende; ω - Vinkelhastighed
I en vekselstrømsgenerator (fig. 1 b) er viklingerne, hvori hovedstrømmen genereres, stationære, og excitationsviklingerne er ret lette og kan rotere med betydeligt højere hastighed end rotoren på en jævnstrømsgenerator. Med passende valg af drivgearforholdet kan generatorens rotor rotere med en tilstrækkelig hastighed til tomgangshastighed give positiv strøm til at oplade batteriet.
Omdannelsen af mekanisk energi modtaget af generatoren fra motoren til elektrisk energi sker i overensstemmelse med fænomenet elektromagnetisk induktion. Hvis en skiftende magnetisk flux trænger ind i en spole med vindinger af en strømførende ledning isoleret fra hinanden, vises en emf ved spolens terminaler, proportional med produktet af antallet af vindinger og ændringshastigheden af den magnetiske flux:
E til =-WLBV,
Hvor W– antal rammeomdrejninger; B– magnetisk induktion, T; L– længde af rammedelen (leder), m; V– vektor lineær hastighed bevægelse af rammen i forhold til et stationært magnetfelt, m/s.
Minustegnet betyder, at hvis under indflydelse af EMF ETil En strøm vil begynde at løbe gennem rammen (når en belastning er tilsluttet), så vil det magnetiske felt, der skabes af denne strøm, modvirke den mekaniske kraft, der får rammen til at rotere.
Lad os overveje designet og princippet om drift af nogle typer vekselstrømsgeneratorer. I bil- og traktorgeneratorer induceres EMF i spolerne ved at ændre den magnetiske flux af elektromagneten:
Efter størrelse og retning (børsteventilgenerator);
Kun i størrelse (børsteløs induktortype generator).
Hovedkomponenterne i vekselstrømsgeneratoren (fig. 2), hvor mekanisk energi omdannes til elektrisk energi:– et magnetisk system med en excitationsvikling og stålsektioner af det magnetiske kredsløb, gennem hvilke magnetisk flux strømmer F;
– statorviklinger, hvor en EMF induceres, når rotorens magnetiske flux ændres. 
Ris. 2. Skematisk diagram ventil synkron generator
Den mest almindelige type generator. Der skabes en magnetisk flux i den excitationsvikling 4 (fig. 2), når elektrisk strøm løber gennem den og systemet stænger 3. Antallet af poler er altid et multiplum af to, og i ægte generatordesign er der som regel tolv af dem.
Stænger med feltvikling, ringe, hvorigennem strømmen fra børster er forbundet med excitationsviklingen, aksel og andre strukturelle elementer danne en roterende rotor.
Stator 7 er et magnetisk kredsløb samlet af stålplader. Placeret i rillerne i det stationære magnetiske kredsløb statorvikling 2, hvori det er induceret elektricitet. Viklingen består af tre uafhængige faseviklinger(fig. 3), som (konventionelt betegnet med bogstaverne A, B, C) er placeret på tilstødende statortænder på en sådan måde, at den elektromagnetiske felt, der induceres i dem, forskydes i forhold til hinanden med 1/3 af en periode eller 120º . Hver fase har seks spoler forbundet i serie.
Ris. 3. Forskydning af den inducerede EMF på tilstødende statortænder med 120º
Faseviklingerne kan forbindes med hinanden i en stjerne eller trekant (fig. 4), men der bruges oftere en stjerneforbindelse, hvilket giver mere højspænding mellem et hvilket som helst par terminaler sammenlignet med en deltaforbindelse. Netspændingsværdien er √3 (1,732) af fasespændingen. Når den er forbundet med et delta, vil linjespændingen være lig med fasespændingen, og linjestrømmen vil være 1,732 fra et par spoler. I højeffektgeneratorer bruges derfor ofte en deltaforbindelse, da viklingerne ved lavere strømværdier kan vikles med tyndere tråd, hvilket er mere teknologisk avanceret. En tyndere ledning kan også bruges til stjerneforbindelser. I dette tilfælde er statorviklingen lavet af to parallelle viklinger, som hver er forbundet i en stjerne, en "dobbelt" stjerne opnås.
Statorviklingens faseledninger er forbundet med ensretter 1 (fig. 2).
Ris. 4. Tilslutning af faseviklinger: a) stjerne; b) trekant
Når rotoren roterer, vises enten de nordlige N eller de sydlige S-poler af rotoren modsat statortænderne med faseviklingerne placeret på dem. Magnetisk flux F, der trænger ind i statorviklingerne, ændringer i størrelse og retning, hvilket ifølge Faradays lov er tilstrækkeligt til udseendet af vekslende elektrisk spænding ved deres terminaler.
I dette tilfælde vil en variabel i størrelse og retning af EMF blive induceret i faseviklingerne:
E f =4,44fw k omkring F,
Hvor f– aktuelle frekvens, Hz; w- antal vindinger af viklingen af en fase; kom– viklingskoefficient, afhængig af antallet af statorslidser pr. pol og fase; F- magnetisk flux;
f=pn/60, k=z/(14:00),
Hvor z– antal riller; m– antal faser; s– antal par stænger.
I ventilgeneratorer R normalt lig med 6, så frekvensen af deres vekselstrøm er 10 gange mindre end rotorhastigheden.
Jo højere rotorhastigheden og jo større størrelsen af den magnetiske flux, jo hurtigere sker dens ændring inde i statorfasespolerne, og jo højere er spændingen induceret i dem.
Ris. 5. Diagram over en ventilgenerator med en næbformet rotor:
1-stator; 2-børste; 3-stator vikling; 4-næbte stænger;
5-excitationsvikling; 6-benede ringe (samler); 7-ærmet
Ventilgeneratorer med en næbformet rotor (fig. 5) er en synkron elbil med indbygget halvlederensretter. Rotoren i en automobilventilgenerator består af to polhalvdele, hvis fremspring (næb) 4 danner et nordpolsystem i den ene halvdel og et sydpolsystem i den anden. Sydpolerne er placeret mellem de nordlige, og magnetiseringsviklingen 5, sat på en stålmuffe 7, er klemt ind mellem polhalvdelene. Rotorens næbformede design gør det muligt at danne et flerpolet system ved hjælp af en spole. Rotoren er således en elektromagnet med et roterende elektromagnetisk vekslende felt, hvis magnetomotoriske kraft er defineret som
F=I i W i,
og kan justeres ved at ændre magnetiseringsstrømmen jegV, Hvor WV– antal vindinger af excitationsviklingen.
Statorpakke 1 er lavet af elektriske stålplader for at reducere hvirvelstrømme. Statorspalterne indeholder spoler af trefaset vikling 3. Forøgelse af antallet af spalter pr. pol og fase gør det muligt at tilfredsstille høje krav til sinusformet udgangsspænding og effektivitet. Ved hjælp af slæberinge 6 og børster 2 tilføres strøm til feltviklingerne jegV at danne et vekslende magnetfelt i rotoren.
Derudover er ventilgeneratoren (fig. 6) udstyret med en ensretterenhed 3 til ensretning AC spænding, skabt i viklingerne 5 på statoren 4, af en remskive 14 til at drive rotoren og en ventilator 13 til at afkøle varmeviklingerne.
Ris. 6. Generator:
1-bagcover; 2-børster; 3-diode; 4-stator; 5-stator vikling; 6-rullende leje;
7-samler; 8,9 - nord- og sydpoler af elektromagneten; 10-rotor vikling;
11-frontcover; 12-ventilationsvindue; 13-kølende pumpehjul;
14-hjulstræk
I øjeblikket producerer indenlandsk og udenlandsk industri mange forskellige vekselstrømsgeneratorer med en næbformet rotor (tabel 1), der opfylder en lang række krav, der stilles til dem.
tabel 1
Grundlæggende parametre for nogle generatormodeller
Maud.
generel
Omdrejningshastighed uden belastning, rpm
Nom. fx V±0,5
Nom.
nuværende, A
Tilføje. ensretter
Integ.
reg-r
for eksempel
G222
1250
14,3
Der er
37-3701
1100
14,1
Der er
Der er
16.3701
1100
581.3701
1400
13,9
Der er
955.3701
1050
14,2
Der er
Der er
Induktor generatorer
Induktorgeneratoren er en berøringsfri, samme-polet synkron vekselstrøm elektrisk maskine med ensidig elektromagnetisk excitation (fig. 7). Stålrotorkædehjulet 2 roterer sammen med akslen 5, som passerer inde i den faste bøsning 8. Excitationsviklingen 7 er fastgjort til bøsningen, og statorviklingen 6 er fastgjort til statortænderne. Når jævnstrøm passerer gennem excitationsviklingen, vises en magnetisk flux i generatorens magnetiske kredsløb, elledninger som er vist med den stiplede linje i figur 7. Den magnetiske flux lukkes gennem luftspalten mellem bøsningen og akslen, rotorkædehjulet, arbejdsgabet mellem rotoren og statoren, statorpakken, dækslet på siden af feltspolen og bøsningens tykvæggede skive eller flange.
Ris. 7. Generatorkredsløb af induktortype:
1-stator magnetisk kredsløb; 2- rotor (stål kædehjul);
3-bagdæksel (frontdækslet er en del af det magnetiske kredsløb);
4-lejet; 5-aksel; 6-stator vikling; 7-excitationsvikling;
8-magnetisk induktorsystem (muffe med flange); 9-permanent magnet
Alle tandhjuls tænder har samme polaritet. Ændringen i magnetisk flux er forbundet med en ændring i den magnetiske ledningsevne af luftgabet under statortænderne. Fluxen i statortanden når sin maksimale værdi F max(fig. 8), når rotor- og statortændernes akser falder sammen, og falder til minimumsværdi Ф min, når statortandens akse falder sammen med aksen for rotorkædehjulets hulrum. Som følge heraf pulserer den magnetiske flux i statortænderne og ændrer sig kun i størrelse uden at ændre retning.
Ris. 8. Ændring i magnetisk flux i statortanden over tid
Til i højere gradændringer i den magnetiske flux og følgelig en stigning i generatorens kraft, permanente magneter er fikseret i hulrummene i rotorkædehjulet. En induktorgenerator kan være enfaset eller flerfaset, det afhænger af antallet af fase statorspoler, deres placering og tilslutningsmetode. I trefasede induktorgeneratorer har statoren normalt ni tænder med viklinger.
Hver fases vikling kan have flere spoler forbundet i serie, parallelt og blandet.Statorviklingens faser er forbundet til en flerstrålestjerne eller polygon.
Størrelsen af den inducerede EMF afhænger af amplituden af den magnetiske flux, antallet af vindinger af statorviklingen og frekvensen n rotor rotation. Jo større antal omdrejninger, jo lavere rotorhastighed kan den nødvendige spænding opnås. Amplituden af den magnetiske flux afhænger af størrelsen af feltviklingens excitationsstrøm.
I øjeblikket producerer den indenlandske industri 955.3701 vekselstrømsinduktorgeneratoren med en fast aksial-langsgående excitationsspole. Generatoren er udstyret med en femfaset statorvikling og en femfaset ensretter. Rotoren på denne generator er lavet i form af en seks-strålet stjerne, lavet af tynde plader af elektrisk stål. I stjernens hulrum er der permanente magneter, som bidrager til starten af selvexcitering af generatoren og øger dens kraft lidt. Også ud over den vigtigste excitation, der slynger sig ind denne generator der er en ekstra afmagnetiseringsvikling, der neutraliserer effekten af permanente magneter på høj hastighed generator rotor. Statorviklingen er placeret på 10 tænder af statormagnetkredsløbet (tandstigning - 36º) og er opdelt i fem fasesektioner med to tandede spoler i hver sektion. De tandede spoler i samme fasesektion er placeret 180º fra hinanden langs omkredsen af statoren.
Andre muligheder for statordesign og tilslutning af faseviklinger i induktorgeneratorer er også mulige. Men på nuværende tidspunkt, hvad angår parametre som effektivitet, vægt, dimensioner, er induktorgeneratorer ringere end generatorer med slæberinge.
Børsteløse ventilgeneratorer
Børsteløse generatorer er en udvikling baseret på designet af en generator med en næbformet rotor (fig. 9).
Ris. 9. Børsteløs generator:
a) med luftkølet: 1-remskive; 2-ventilator; 3-frontdæksel; 4-roterende magnetisk kredsløb; 5-stator; 6-fast excitationsvikling; 7-aksel; 8-bagdæksel; 9-spændingsregulator; 10-dioder; 11-monteringsbeslag; 12-lejet;
b) med væskekøling: 1-remskive; 2-ensretter; 3-frontdæksel; 4-generatorhus; 5-kølevæske; 6-kølende jakkebeklædning; 7-rotor; 8-stator vikling; 9-stator; 10-ikke-magnetisk mellemring; 11-roterende magnetisk kredsløb (pol); 12-fast excitationsvikling; 13-spændingsregulator
I generatorer af denne type roterer kun de næbformede poler 11 (fig. 9b), og excitationsviklingen 12 forbliver stationær. Den ene af polhalvdelene holdes over for den anden af en ikke-magnetisk ring 10. Den magnetiske flux skal ud over den normale arbejdsspalte krydse to yderligere luftspalter. Ensretter 2 leverer strøm til feltviklingen direkte gennem spændingsregulator 13.
Massen af sådanne generatorer er noget større end for børstegeneratorer med næbformede poler af samme effekt.
Børsteløse generatorer væskekøling udsender mindre støj på grund af fraværet af en ventilator og er i stand til at integreres med motorens cylinderblok.
Der er også udformninger af generatorer med forkortet næb (fig. 10), som kan opnås strukturelt, hvis de næbformede halvdele af stangen på børstegeneratoren flyttes fra hinanden, så de ikke overlapper hinanden og fastgørelseselement 4 (ikke -magnetisk klemme), og feltviklingens elektriske ledninger føres ind i det resulterende mellemrum 1.
Ris. 10. Diagram over en børsteløs ventilgenerator med forkortede poler:
1-excitationsvikling; 2-polede halvdele med forkortet næb; 3-ærmer;
4-fastgørelseselement af excitationsviklingen; 5-stator; 6-stator vikling
Feltviklingen er ophængt over stålbøsningen 3 mellem de to polhalvdele 2. Når generatorakslen roterer, roterer kun de magnetiserede tandhjul, dog er arealet af deres polstykker lille (i forhold til børstegeneratorer), og pga. til den nedre amplitude af den vekslende magnetiske flux på statortænderne, elektrisk strøm genereret af en sådan generator vil være lavere. Men fordelen ved designet er rotorens lille masse, som giver dig mulighed for at øge generatorens driftshastighed og dermed den effekt, den producerer.
AC ensretning
Ventilgeneratorernes vekselstrøm ensrettes af halvledersiliciumdioder. Dioder har to terminaler og sender kun strøm fra anodeterminalen til katodeterminalen, når der påføres et positivt potentiale til anoden. Dioder sender ikke strøm i den modsatte retning, hvis omvendt spænding ikke overstiger den tilladte værdi.
I generatorensrettere bruges dioder med direkte og omvendt polaritet. En diode med lige polaritet har en katode forbundet til kroppen og en diode omvendt polaritet– anode. Afhængig af antallet af faser af generatoren anvendes tre- og femfasede ensrettere.
Ris. 11. Generator AC ensretning:
a) halvbølge ensretning af enfaset vekselstrøm;
b) fuldbølge ensretning af enfaset vekselstrøm;
c) halvbølge ensretning af trefasestrøm;
d) fuldbølge ensretning af trefasestrøm;
G - generator; VD - ensretter (diode); R - belastning; A, B, C - generatorfaser
Baseret på formen af den ensrettede spænding skelnes enkelt- og fuldbølgeensrettere. Halvbølge ensrettere af enfaset kilde G(Fig. 11 a) vekselstrøm leveres af en diode VD, som er forbundet i serie med belastningen R.
Til fuldbølge ensretter af enfaset strøm er en broensretter samlet af fire dioder VD1 – VD4(Fig. 11 b). Den positive halvbølge (første halv-cyklus) af vekselspænding åbner dioderne VD1 Og VD4. I den anden halvcyklus er dioderne åbne VD2 Og VD3. Under hele generatorens driftstid med en broensretter på belastningen R ensrettet spænding leveres Udét tegn.
Hvis en diode er forbundet til hver fase af en trefaset ventilgenerator VD1, VD2 Og VD3(Fig. 11 c), kan du få en halvbølge ensretter til trefasestrøm. Hver ensretterdiode leder kun strøm i 1/3 af den periode, hvor spænding påføres den i fremadgående retning.
Den fuldbølgede trefasede strømensretter har tre par dioder - VD1 – VD6(Fig. 11 d). Ensretterens ene arm er dannet af dioder VD1 – VD3 direkte polaritet, som er forbundet med katoder til den positive terminal på ventilgeneratoren. Dioder er installeret i ensretterens anden arm VD4 – VD6 omvendt polaritet. Deres anoder er forbundet til jord. En af dioderne arbejder i den ledende retning VD1, VD2 eller VD3, hvor anoden har det højeste potentiale, og i gruppen af dioder VD4 – VD6– diode med det laveste potentiale. Når i fase EN spændingen er positiv og maksimal, og i faser I Og MED spændinger er negative og ens, strøm til belastning R kommer gennem en åben diode VD1 og to dioder VD5 Og VD6. Hvis fasespænding EN lig med nul, i fase I– positiv, og i fase MED– negativ, dioder leder strøm VD2 Og VD4. De resterende dioder passerer ikke strøm.
Ripple frekvens f s ensrettes af en fuldbølge trefaset spændingsensretter Ud 6 gange AC-frekvensen.
AC berigtigelse;
Valg af viklingsdata, der giver den nominelle spænding ved minimumsfrekvens rotorrotation svarende til tilstanden tomgang motor;
Selvbegrænsende strømudgang.
Ventilgeneratorens hovedparametre er: ensrettet spænding Ud, rotorhastighed n og magt P(eller nuværende Id givet af generatoren ved en given spænding).
Udlignet spændingsafhængighed Udpå excitationsstrømstyrkejeg i med belastningen af og konstant frekvens rotor rotation n kaldet to(fig. 12). I tomgangstilstand er den ensrettede spænding lig med emk E d. Ventilgeneratorernes tomgangsegenskaber opnås med uafhængig excitation.
De ydre karakteristika ved ventilgeneratorer er afhængigheden af den ensrettede spænding Ud(Fig. 12 b) afhængig af belastningsstrømmen Id ved konstant rotorhastighed, spænding ved feltviklingens terminaler og dens modstand. Efterhånden som belastningen stiger, falder den ensrettede spænding under påvirkning af ankerreaktionen, som følge af et fald i spændingen i stator(armatur)kredsløbet og i ensretteren, og spændingsfaldet i statorviklingerne er signifikant og afhænger bl.a. rotorhastigheden.
Ris. 12. Egenskaber for ventilgeneratoren:
a) tomgang; b) ekstern; n max, n gns, n s, n 0– Rotorens rotationshastighed, henholdsvis maksimum, gennemsnit, beregnet og begyndelse af rekyl; U dн– ensrettet mærkespænding
De ydre egenskaber ved ventilgeneratorer bestemmes af selv-excitation og uafhængig excitation. Et fald i spændingen med stigende belastning forekommer ikke kun på den aktive, men også på den induktive modstand af statorviklingerne. I tilfælde af selvexcitering af ventilgeneratoren falder spændingen på selve excitationsviklingen. Den afmagnetiserende effekt af ankerreaktionen reducerer den magnetiske flux i driftsluftspalten mellem rotoren og statoren.
Af familie ydre egenskaber den maksimale styrke af den ensrettede strøm bestemmes Idmax som skabes ved en given eller justerbar spændingsværdi.
Hasti(fig. 13 a) for en ventilgenerator er en afhængighed af magnetiseringsstrømmens styrke jeg i på rotorhastighed n på konstant spænding U gn generator Det bestemmes normalt ved flere belastningsstrømværdier.
Den minimale magnetiseringsstrøm bestemmes, når belastningsstrømmen er nul og den maksimale rotationshastighed for generatorens blæserrotor. Hastighedskontrolkarakteristika gør det muligt at bestemme rækkevidden af ændringer i excitationsstrømstyrken fra ændringer i belastningen ved en konstant spænding.
Med stigende rotorhastighed n og konstant belastning af ventilgeneratorens strømstyrke jeg i excitation bør falde (fig. 13 a), og med stigende belastningsstrøm bør den stige (fig. 13 b).
Generatorspændingen skal holdes konstant i rotorhastighedsområdet fra n 0 Før n max i dette tilfælde vil magnetiseringsstrømmens styrke variere fra maksimum jeg inmax til minimum I inmin betydninger.
Reguleringsfrekvensen med hensyn til magnetiseringsstrømstyrke er større end reguleringsfrekvensen med hensyn til rotorhastighed. Dette sker, fordi magnetiseringskarakteristikken for ventilgeneratoren er ikke-lineær, og der opstår dyb mætning af det magnetiske kredsløb. Den højeste frekvens af excitationsstrømregulering er mulig i inaktiv tilstand.
Ris. 13. Afhængighed af generatorspænding og excitationsstrøm:
a) på rotorhastigheden;
b) på belastningsstrømmen;
U gn- Nominel spænding
På grund af den kontinuerlige ændring i køretøjets køretilstand og følgelig rotorhastigheden og belastningen af ventilgeneratoren, er strømhastighedskarakteristikken for afhængigheden af den ensrettede strømstyrke vigtig Id, som en ventilgenerator kan levere til forbrugerne ved en given spænding, afhængig af rotorhastigheden n(Fig. 14).
Strømhastighedskarakteristikken måles ved en konstant ensrettet spænding U d = konst og konstant excitationsstrøm jeg i = konst. Kontrolværdierne er de indledende frekvensværdier n 0 generator output, maksimal strøm Idmax på n max. Design rotorhastigheder n s og strømstyrke Idp, bestemmes ved tangenspunktet mellem strømhastighedskarakteristik 1 og lige linje 2 trukket fra origo. Dette punkt svarer til den maksimale værdi af det beregnede effektforhold Pdp til den beregnede rotorhastighed n s(maksimal opvarmningstilstand for ventilgeneratoren).
Ris. 14. Aktuel hastighedskarakteristik
Strømhastighedskarakteristikken bruges ved udvikling eller valg af en ventilgenerator. Det kan bestemmes med uafhængig excitation, selv-excitering og drift af en ventilgenerator med en spændingsregulator.
Alle moderne bilgeneratorer har egenskaben af selvbegrænsende maksimal strøm. Over et bredt område af rotorhastigheder stiger strømmen langsomt, og ved den maksimale rotorhastighed overstiger den ikke den specificerede maksimumværdi. Dette skyldes det faktum, at med stigende rotationshastighed af generatorrotoren, og derfor med stigende frekvens af strømmen induceret i statorviklingen, øges den induktive modstand af viklingen, så strømstyrken stiger langsommere, asymptotisk tendens til en en vis grænseværdi.
Omdannelsen af mekanisk energi til elektrisk energi sker ved hjælp af en strømgenerator. Grundlæggende er praksis at bruge roterende elektriske maskingeneratorer. Ved rotation opstår der en elektromotorisk kraft i lederen under påvirkning af et skiftende magnetfelt. Den del af generatoren, der skaber magnetfeltet, kaldes induktoren, og den del, hvor den elektromotoriske kraft genereres, kaldes ankeret.
Driftsprincip
Den roterende del af generatoren kaldes rotoren, og dens stationære del er statoren. En vekselstrømsgenerator har en stator og en rotor, som efter design kan være både et anker og en induktor.
Næsten al elektriciteten i verdens kraftværker produceres af vekselstrømsgeneratorer. Når induktoren roterer, dannes et magnetfelt, som roterer og inducerer en vekslende elektromotorisk kraft i statorviklingen. Dens frekvens falder fuldstændig sammen med rotorhastigheden.
Generator elementer
Det magnetiske statorsystem består af tynde stålplader presset ind i en pakke. Statorviklingen er placeret i rillerne i denne pakke. Den omfatter tre faser, forskudt i forhold til hinanden med en tredjedel af statoromkredsen. Elektromotoriske kræfter induceret i faseviklingerne forskydes også indbyrdes med 1200. Hver fase har en vikling bestående af spoler med mange vindinger forbundet med hinanden parallelt eller i serie. De dele af spolerne, der rager ud fra rillerne, kaldes statorendesamlinger.
I en induktor og stator kan antallet af poler være mere end to. Antallet af poler afhænger helt af rotorhastigheden. Efterhånden som rotorens rotation aftager, kan den have et stigende antal poler.
Den massive stålrotorkerne indeholder generatorens excitationsvikling. Dette design bruges til vekselstrøm elektriske generatorer, der arbejder med høj frekvens rotation. Dette skyldes, at når høje hastigheder rotation er rotorviklingen udsat for store centrifugalkræfter. Et stort antal poler kræver tilstedeværelsen af en separat excitationsvikling ved hver pol, hvilket er typisk for elektriske generatorer, der arbejder ved lave hastigheder.
I hydrauliske turbiner kan generatorer have et lodret akseldesign. Under drift kan der afhængigt af effekten bruges luft, brint, vand eller oliekøling.
En vekselstrømsgenerator eller en jævnstrømsgenerator er en enhed til at generere elektricitet ved at konvertere mekanisk energi.
Hvordan ser en generator ud?
Hvordan fungerer en generator? Strøm genereres i en leder under påvirkning af et magnetfelt. Det er praktisk at generere strøm ved at dreje en rektangulær elektrisk ledende ramme i et stationært felt eller permanent magnet inde i hende.
Når den roterer rundt om magnetfeltets akse skaber den inde i en ramme med Vinkelhastighedω, vil de lodrette sider af kredsløbet være aktive, fordi de er gennemskåret af magnetiske linjer. Der er ingen effekt på de vandrette sider, der falder sammen i retning med magnetfeltet. Derfor induceres der ingen strøm i dem.
Hvordan ser en generator med en magnetisk rotor ud?
EMF i rammen vil være:
e = 2 B max lv synd ωt,
B max– maksimal induktion, T;
l– rammehøjde, m;
v– billedhastighed, m/s;
t – tid, s.
Således induceres en vekslende emk i lederen fra virkningen af et skiftende magnetfelt.
Til et stort antal omgange w, der udtrykker formlen i form af maksimalt flow Fm, får vi følgende udtryk:
e = wF m synd ω t.
Driftsprincippet for en anden type vekselstrømsgenerator er baseret på rotationen af en strømførende ramme mellem to permanente magneter med modsatte poler. Det enkleste eksempel er vist i figuren nedenfor. Spændingen, der vises i den, fjernes af slæberinge.
Permanent magnet strømgenerator
Brugen af enheden er ikke særlig almindelig på grund af belastningen på de bevægelige kontakter med en stor strøm, der passerer gennem rotoren. Designet af den første givne mulighed indeholder dem også, men meget mindre jævnstrøm tilføres gennem dem gennem drejningerne af en roterende elektromagnet, og hovedstrømmen fjernes fra den stationære statorvikling.
Synkron generator
Et særligt træk ved enheden er ligheden mellem frekvensen f induceret i statoren af EMF og rotorhastighed ω :
ω = 60∙f/ s rpm,
Hvor s– antal polpar i statorviklingen.
En synkron generator skaber en EMF i statorviklingen, hvis øjeblikkelige værdi bestemmes ud fra udtrykket:
e = 2π B max lwDn sinω t,
Hvor l Og D– længde og indvendig diameter af statorkernen.
En synkron generator producerer spænding med en sinusformet karakteristik. Når forbrugere er forbundet til dets terminaler C 1, C 2, C 3, løber en enkelt- eller trefaset strøm gennem kredsløbet, diagrammet er nedenfor.
Trefaset synkrongeneratorkredsløb
Virkningen af en skiftende elektrisk belastning ændrer også den mekaniske belastning. Samtidig stiger eller falder omdrejningshastigheden, hvorved spændingen og frekvensen ændres. For at forhindre en sådan ændring i at ske, elektriske egenskaber automatisk opretholdt på et givet niveau igennem tilbagemeldinger ved spænding og strøm på rotorviklingen. Hvis generatorrotoren er lavet af en permanent magnet, har den begrænsede muligheder for at stabilisere elektriske parametre.
Rotoren tvinges til at rotere. Der tilføres en induktionsstrøm til dens vikling. I statoren inducerer rotorens magnetfelt, der roterer med samme hastighed, 3 vekslende emf'er med et faseskift.
Generatorens hovedmagnetiske flux er skabt af virkningen af jævnstrøm, der passerer gennem rotorviklingen. Strøm kan komme fra en anden kilde. Også almindelig er metoden til selvexcitering, når en lille del af vekselstrømmen tages fra statorviklingen og passerer gennem rotorviklingen efter foreløbig ensretning. Processen er baseret på restmagnetisme, hvilket er tilstrækkeligt til at starte generatoren.
De vigtigste enheder, der genererer næsten al elektricitet i verden, er synkrone hydro- eller turbogeneratorer.
Asynkron generator
Enheden af en vekselstrømsgenerator af asynkron type er kendetegnet ved forskellen i EMF-rotationsfrekvensen ω og rotor ω r. Det udtrykkes gennem en koefficient kaldet slip:
s = (ω - ω r)/ ω.
I driftstilstand sænker magnetfeltet ankerets rotation, og dets frekvens er lavere.
En asynkronmotor kan fungere i generatortilstand, hvis ω r >ω, når strømmen ændrer retning, og energien gives tilbage til netværket. Her bliver det elektromagnetiske moment til bremsning. Brugen af denne egenskab er almindelig ved sænkning af belastninger eller på elektriske køretøjer.
En asynkron generator vælges, når kravene til elektriske parametre ikke er særlig høje. I tilfælde af startoverbelastninger vil en synkrongenerator være at foretrække.
Enhed bil generator ikke anderledes end en almindelig, der genererer elektrisk strøm. Det producerer vekselstrøm, som derefter ensrettes.
Hvordan ser en bilgenerator ud?
Designet består af en elektromagnetisk rotor, der roterer i to lejer drevet gennem en remskive. Den har kun én vikling, med jævnstrøm tilført gennem 2 kobberringe og grafitbørster.
Den elektroniske relæregulator holder en stabil spænding på 12V, uafhængig af omdrejningshastigheden.
Bil generator kredsløb
Strømmen fra batteriet tilføres rotorens vikling gennem en spændingsregulator. Det roterende drejningsmoment overføres til det gennem en remskive, og en EMF induceres i vindingerne af statorviklingen. Den genererede trefasede strøm ensrettes af dioder. Den konstante udgangsspænding opretholdes af en regulator, der styrer excitationsstrømmen.
Når motoren accelererer, falder feltstrømmen, hvilket hjælper med at opretholde en konstant udgangsspænding.
Klassisk generator
Designet indeholder en motor, der kører på flydende brændstof, der roterer en generator. Rotorhastigheden skal være stabil, ellers falder kvaliteten af elproduktionen. Når generatoren slides, bliver rotationshastigheden lavere, hvilket er en væsentlig ulempe ved enheden.
Hvis belastningen på generatoren er under den nominelle, vil den delvist gå i tomgang og forbruge overskydende brændstof.
Derfor er det vigtigt, når du køber det, at lave en nøjagtig beregning af den nødvendige effekt, så den er indlæst korrekt. En belastning under 25 % er forbudt, da dette påvirker holdbarheden. Passene angiver alle mulige driftsformer, der skal overholdes.
Mange typer klassiske modeller har acceptable priser, høj pålidelighed og et bredt effektområde. Det er vigtigt at læsse det ordentligt og udføre teknisk eftersyn til tiden. Nedenstående figur viser modeller af benzin- og dieselgeneratorer.
Klassisk generator: a) – benzingenerator, b) – dieselgenerator
Diesel generator
Generatoren driver motoren, som kører videre dieselbrændstof. Forbrændingsmotoren består af en mekanisk del, et kontrolpanel, et brændstofforsyningssystem, køling og smøring. Generatorens effekt afhænger af forbrændingsmotorens effekt. Hvis det kræves i små mængder, for eksempel til husholdningsapparater, er det tilrådeligt at bruge en benzingenerator. Diesel generatorer bruges, hvor der er behov for høj effekt.
ICE'er bruges mest med overliggende ventiler. De er mere kompakte, mere pålidelige, nemme at reparere og udsender mindre giftigt affald.
De foretrækker at vælge en generator med et metallegeme, da plast er mindre holdbart. Enheder uden børster er mere holdbare, og den genererede spænding er mere stabil.
Kapacitet brændstoftank Giver drift på én genopfyldning i højst 7 timer. I stationære installationer anvendes en ekstern tank med et stort volumen.
Benzin generator
Den mest almindelige kilde til mekanisk energi er firetakts karburator motor. For det meste bruges modeller fra 1 til 6 kW. Der er enheder op til 10 kW, der kan levere et landsted på et bestemt niveau. Priser benzin generatorer er acceptable, og ressourcen er ganske tilstrækkelig, dog mindre end dieselmotorers.
Generatoren vælges afhængigt af belastningerne.
For høje startstrømme og hyppig brug af elektrisk svejsning er det bedre at bruge en synkron generator. Hvis du tager en mere kraftfuld asynkron generator, vil den klare startstrømmene. Det er dog vigtigt her, at det er læsset, ellers går benzin til spilde.
Inverter generator
Maskiner bruges, hvor der kræves strøm Høj kvalitet. De kan arbejde kontinuerligt eller intermitterende. Objekterne for energiforbrug her er institutioner, hvor strømstød ikke er tilladt.
Grundlaget for invertergeneratoren er den elektroniske enhed, som består af ensretter, mikroprocessor og konverter.
Blokdiagram af en invertergenerator
Elproduktion begynder på samme måde som i den klassiske model. Først genereres vekselstrøm, som derefter ensrettes og tilføres vekselretteren, hvor den igen omdannes til vekselstrøm, med de nødvendige parametre.
Typer af invertergeneratorer adskiller sig i arten af udgangsspændingen:
- rektangulær - den billigste, i stand til kun at drive elværktøj;
- trapezformet puls - velegnet til mange enheder, med undtagelse af følsomt udstyr (mellempriskategori);
- sinusformet spænding – stabile egenskaber, egnet til alle elektriske apparater (højeste pris).
Fordele ved inverter generatorer:
- små dimensioner og vægt;
- lavt brændstofforbrug ved at regulere produktionen af den mængde elektricitet, som forbrugerne i øjeblikket har brug for;
- Mulighed for kortvarig drift med overbelastning.
Ulemperne er høje priser, følsomhed over for temperaturændringer i den elektroniske del og lav effekt. Derudover er det dyrt at reparere den elektroniske enhed.
Invertermodellen vælges i følgende tilfælde:
- enheden købes kun i tilfælde, hvor en konventionel generator ikke er egnet, da prisen er høj;
- den nødvendige effekt er ikke mere end 6 kW;
- klassiske generatormuligheder er bedre egnet til regelmæssig brug;
- det er nødvendigt at delvist forsyne husholdningsapparater med elektricitet;
- Til husholdningsbrug er det bedre at bruge enfasede enheder.
Video. Generator.
Vekselstrømsgeneratorer er i stand til at genopbygge elektricitet i huset, når en stationær enhed svigter, og bruges også ethvert sted, hvor der er behov for strømforsyning.
For at sikre den mest behagelige tilværelse har mennesket udviklet og opfundet et stort udvalg af forskellige teknologiske enheder og komplekse systemer. Men en af de mest effektive og effektive enheder, der tillader brugen af elektricitet, er blevet en vekselstrømsgenerator. Gør dig bekendt med typer og typer af fejlstrømsafbrydere.
I dag er der to hovedtyper af konstruktion:
- Enheder med en stationær del - en stator og et roterende element - en magnetisk pol. Elementer af denne type er meget udbredt blandt befolkningen, fordi tilstedeværelsen af en fast vikling eliminerede behovet for, at brugeren skulle fjerne overskydende elektrisk belastning.
- En elektrisk enhed med et roterende anker og en fast magnetisk pol.
Det viser sig, at generatorens design kommer ned til tilstedeværelsen af to hoveddele: bevægelige og faste samt elementer, der tjener som en forbindelse mellem dem (børster og ledninger).
Funktionsprincip
Funktionsprincip for en bilgenerator:
- den roterende del af rotoren eller drevet af mekanismen er nominelt taget for at være en elektrisk magnet. Det er ham, der vil overføre det skabte magnetfelt til statorens "legeme". Dette er et eksternt element i enheden, som består af spoler med ledninger forbundet til dem.
- spænding overføres gennem ringe og kommutatorpaneler. Ringene er lavet af kobber og roterer samtidigt med rotoren og krumtappen. Under bevægelse presses børster mod ringenes overflade. Følgelig vil strøm blive overført fra den stationære del til den bevægelige del af systemet.
specifikationer
Når du køber en generator, skal du fokusere på følgende tekniske egenskaber:
- Elektrisk strøm;
- Driftsspænding;
- Antal omdrejninger af den roterende del af generatoren;
- Netto effektfaktor;
- Nuværende styrke.
Disse mængder er grundlæggende tekniske egenskaber vekselstrøm.
Slags
I dag på territoriet Den Russiske Føderation gennemføre salget forskellige typer certificerede og ulicenserede generatorer. Gennemgang af husstand halogen lamper og hvordan du vælger her: . De mest populære af disse enheder er følgende:
