Ποιο πείραμα προσομοιώνει τη λειτουργία μιας γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος. Πώς λειτουργεί ένας εναλλάκτης;

Η ανθρωπότητα χρησιμοποιεί την ηλεκτρική ενέργεια σε όλους τους τομείς δραστηριότητας για περισσότερο από έναν αιώνα. Είναι απλά αδύνατο να φανταστεί κανείς μια κανονική ζωή χωρίς αυτόν. Με τη βοήθεια ειδικών μηχανών, η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε εναλλασσόμενο ή συνεχές ρεύμα. Για να κατανοήσουμε καλύτερα πώς συμβαίνει αυτό, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε από τι αποτελείται η γεννήτρια και πώς λειτουργεί.

Μετατροπή μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική

Η βάση της λειτουργίας οποιασδήποτε γεννήτριας είναι η αρχή της μαγνητικής επαγωγής. Τα πρώτα ηλεκτρικά αυτοκίνητα εμφανίστηκαν στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα. Οι εφευρέτες τους ήταν οι Michael Faraday και Hippolyte Pixie. Το 1886, έγινε μια δημόσια επίδειξη ενός εναλλάκτη, μιας συσκευής ικανής να παράγει ρεύμα από μηχανική κίνηση.

Η πρώτη τριφασική γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος αναπτύχθηκε από τη ρωσική Dolivo-Dobrovolsky. Το 1903, κατασκεύασε το πρώτο βιομηχανικό εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας στη Γη, το οποίο έγινε η πηγή ενέργειας για τον ανελκυστήρα.

Το απλούστερο κύκλωμα μιας γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ένα συρμάτινο πηνίο που περιστρέφεται σε μαγνητικό πεδίο. Μια εναλλακτική επιλογή είναι όταν το πηνίο παραμένει ακίνητο και ένα μαγνητικό πεδίο το διασχίζει. Και στις δύο περιπτώσεις, θα παράγεται ηλεκτρική ενέργεια. Ενώ η κίνηση συνεχίζεται, δημιουργείται εναλλασσόμενο ρεύμα στον αγωγό. Οι γεννήτριες χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε όλο τον κόσμο. Αποτελούν μέρος του παγκόσμιου συστήματος τροφοδοσίας του πλανήτη.

Ο τρόπος με τον οποίο σχεδιάζεται η γεννήτρια εξαρτάται από τον σκοπό της και είναι δυνατές διάφορες τροποποιήσεις. Ωστόσο υπάρχουν δύο βασικά συστατικά:

1. Ο ρότορας είναι ένα κινούμενο στοιχείο κατασκευασμένο από συμπαγή σίδηρο.
2. Ο στάτορας είναι ακίνητος και συναρμολογείται από μονωμένα φύλλα σιδήρου. Στο εσωτερικό υπάρχουν αυλακώσεις στις οποίες περνά η περιέλιξη του σύρματος.

Για να επιτευχθεί η μεγαλύτερη μαγνητική επαγωγή, η απόσταση μεταξύ αυτών των τμημάτων της μονάδας πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη. Η περιέλιξη πεδίου που βρίσκεται στον ρότορα τροφοδοτείται μέσω ενός συστήματος βούρτσας.

Υπάρχουν δύο τύποι κατασκευής:

• με περιστρεφόμενο οπλισμό και σταθερό μαγνητικό πεδίο.
• το μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται, αλλά ο οπλισμός παραμένει στη θέση του.

Τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα μηχανήματα είναι αυτά με κινητούς μαγνητικούς πόλους. Είναι πολύ πιο βολικό να αφαιρέσετε την ηλεκτρική ενέργεια από τον στάτορα παρά από τον ρότορα. Γενικά, η γεννήτρια είναι κατασκευασμένη με τον ίδιο τρόπο όπως ένας ηλεκτροκινητήρας.

Ταξινόμηση και τύποι μονάδων

Οι μονάδες μετατροπής της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική έχουν παρόμοιο σχεδιασμό. Μπορεί να διαφέρουν ως προς την αρχή λειτουργίας της γεννήτριας και της περιέλιξης πεδίου:

Από το σχεδιασμό:

• εξέχοντες πόλοι?
• δεν εκφράζεται.

Σύμφωνα με τη μέθοδο σύνδεσης των περιελίξεων:

Ανάλογα με τον αριθμό των φάσεων:

• μονή φάση;
• διφασικο?
• τρεις φάσεις.

Οι μονάδες συνεχούς ρεύματος είναι σχεδιασμένες με τέτοιο τρόπο ώστε ο μηχανισμός αφαίρεσης ενέργειας να αποτελείται από δύο απομονωμένους ημιδακτυλίους, καθένας από τους οποίους δέχεται φορτίο συγκεκριμένου δυναμικού. Η έξοδος παράγει ένα παλμικό ρεύμα μιας κατεύθυνσης.

Οι σύγχρονες γεννήτριες έχουν οπλισμό με περιέλιξη στον οποίο παρέχεται συνεχές ρεύμα. Προσαρμόζοντας την τιμή του, μπορείτε να αλλάξετε την ένταση του μαγνητικού πεδίου και να ελέγξετε την τάση εξόδου. Τα ασύγχρονα δεν έχουν περιέλιξη, χρησιμοποιείται το φαινόμενο μαγνήτισης.

Κύριες Εφαρμογές

Αξίζει να θυμηθούμε ότι η συνηθισμένη ηλεκτρική ενέργεια στις πρίζες εμφανίζεται λόγω της λειτουργίας τεράστιων γεννητριών εναλλασσόμενου ρεύματος σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς. Πεδίο χρήσης αυτών των ηλεκτρικών μηχανών περιλαμβάνει όλους τους τύπους ανθρώπινης δραστηριότητας:

• χρησιμοποιείται ως εφεδρική πηγή ενέργειας σε εγκαταστάσεις όπου δεν είναι ανεκτές διακοπές τροφοδοσίας.
• απαραίτητο σε μέρη όπου δεν υπάρχουν καλώδια ρεύματος.
• Τα περισσότερα οχήματα είναι εξοπλισμένα με γεννήτρια που παράγει ηλεκτρική ενέργεια για το ενσωματωμένο δίκτυο.
• Τροφοδοτικό για μονάδες υδρόλυσης.
• βιομηχανία;
• σε πυρηνικούς και υδροηλεκτρικούς σταθμούς.

Πρόσφατα, οι οικιακές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έχουν γίνει όλο και πιο δημοφιλείς. Διακρίνονται για το συμπαγές τους μέγεθος και τη χαμηλή κατανάλωση καυσίμου. Μπορούν να λειτουργήσουν με βενζίνη και ντίζελ. Χρησιμοποιούνται σε συνθήκες κατασκήνωσης, στη ντάτσα ή ως πηγή ενέργειας έκτακτης ανάγκης.

Η εφεύρεση μιας μεθόδου παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από μηχανική κίνηση είχε μεγάλη σημασία για την ανάπτυξη του σύγχρονου πολιτισμού. Ο κόσμος γύρω μας είναι γεμάτος μυστήρια, οι απαντήσεις στα οποία είναι άγνωστες, αλλά ίσως άλλες σημαντικές ανακαλύψεις περιμένουν τους ανθρώπους που μπορούν να αλλάξουν τη ζωή τους.

Η μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια γίνεται με τη χρήση μιας γεννήτριας ρεύματος. Βασικά, η πρακτική είναι να χρησιμοποιείτε γεννήτριες περιστρεφόμενων ηλεκτρικών μηχανών. Κατά την περιστροφή, μια ηλεκτροκινητική δύναμη προκύπτει στον αγωγό υπό την επίδραση ενός μεταβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου. Το τμήμα της γεννήτριας που δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο ονομάζεται επαγωγέας και το τμήμα όπου δημιουργείται η ηλεκτροκινητική δύναμη ονομάζεται οπλισμός.

Λειτουργική αρχή

Το περιστρεφόμενο τμήμα της γεννήτριας ονομάζεται ρότορας και το ακίνητο τμήμα της είναι ο στάτορας. Μια γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος έχει έναν στάτορα και έναν ρότορα, οι οποίοι από τη σχεδίασή τους μπορούν να είναι τόσο οπλισμός όσο και επαγωγέας.

Σχεδόν όλη η ηλεκτρική ενέργεια στους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής του κόσμου παράγεται από γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος. Όταν ο επαγωγέας περιστρέφεται, δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο περιστρέφεται και προκαλεί μια εναλλασσόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη στην περιέλιξη του στάτορα. Η συχνότητά του συμπίπτει πλήρως με την ταχύτητα του ρότορα.

Στοιχεία γεννήτριας

Το μαγνητικό σύστημα του στάτορα αποτελείται από λεπτά χαλύβδινα φύλλα συμπιεσμένα σε συσκευασία. Η περιέλιξη του στάτορα τοποθετείται στις αυλακώσεις αυτής της συσκευασίας. Περιλαμβάνει τρεις φάσεις, μετατοπισμένες μεταξύ τους κατά το ένα τρίτο της περιμέτρου του στάτορα. Οι ηλεκτροκινητικές δυνάμεις που προκαλούνται στις περιελίξεις φάσης μετατοπίζονται επίσης μεταξύ τους κατά 1200. Κάθε φάση έχει μια περιέλιξη που αποτελείται από πηνία με πολλές στροφές συνδεδεμένες μεταξύ τους παράλληλα ή σε σειρά. Τα μέρη των πηνίων που προεξέχουν από τις αυλακώσεις ονομάζονται ακραίες αρθρώσεις στάτορα.

Σε έναν επαγωγέα και έναν στάτορα, ο αριθμός των πόλων μπορεί να είναι μεγαλύτερος από δύο. Ο αριθμός των πόλων εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την ταχύτητα του ρότορα. Καθώς η περιστροφή επιβραδύνεται, ο ρότορας μπορεί να έχει αυξανόμενο αριθμό πόλων.

Ο τεράστιος πυρήνας του ρότορα από χάλυβα περιέχει την περιέλιξη διέγερσης της γεννήτριας. Αυτός ο σχεδιασμός χρησιμοποιείται για ηλεκτρικές γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος που λειτουργούν σε υψηλές ταχύτητες περιστροφής. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σε υψηλές ταχύτητες περιστροφής, η περιέλιξη του ρότορα υπόκειται σε μεγάλες φυγόκεντρες δυνάμεις. Ένας μεγάλος αριθμός πόλων απαιτεί την παρουσία ξεχωριστής περιέλιξης διέγερσης σε κάθε πόλο, η οποία είναι τυπική για ηλεκτρικές γεννήτριες που λειτουργούν σε χαμηλές ταχύτητες.

Στους υδραυλικούς στρόβιλους, οι εναλλάκτες μπορεί να έχουν κατακόρυφο σχεδιασμό άξονα. Κατά τη λειτουργία, ανάλογα με την ισχύ, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ψύξη αέρα, υδρογόνου, νερού ή λαδιού.

Το σύμπαν έχει προσφέρει στην ανθρωπότητα ένα τρισεκατομμύριο τρόπους για να αποκτήσει ηλεκτρική ενέργεια, κάθε στάδιο ανάπτυξης χαρακτηρίζεται από τις δικές του τεχνολογίες. Ας πούμε ότι ιστορικά η γεννήτρια σταθερού φορτίου Van de Graaff θεωρείται η πρώτη. Λάθος άποψη. Οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν άλλες ποικιλίες πριν. Σήμερα θα εξετάσουμε τη συσκευή και την αρχή λειτουργίας μιας γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος. Ας αρχίσουμε.

Λειτουργία γεννητριών ηλεκτρικού ρεύματος

Η αρχή αποσκοπεί στη δημιουργία ενός δυναμικού σε σχέση με τη Γη, που θεωρείται μηδέν. Λάθος, αλλά όλα στον κόσμο είναι σχετικά. Αν και η επιφάνεια της γης φέρει φορτίο, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των ακροδεκτών της γεννήτριας και του εδάφους παίζει ρόλο. Ένα αντικείμενο που στέκεται στο έδαφος περιβάλλεται από το πεδίο του πλανήτη, θεωρούμε ότι το αξίωμα είναι σωστό. Ο πρώτος που εφηύρε μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος. Περισσότερο σαν ένταση. Η τάση αποδείχθηκε φανταστική, η συσκευή παρήγαγε λίγο ρεύμα. Η αρχή λειτουργίας είναι απλή:

Αρχή λειτουργίας της γεννήτριας

1. Η ταινία τρίβεται, σχηματίζεται χρέωση τοπικά.
2. Μέσω ενός μεταφορικού μηχανισμού, το τμήμα φτάνει στον συλλέκτη ρεύματος.
3. Η πυκνότητα εξισώνεται από την αγωγιμότητα του ακροδέκτη της μπάλας.

Ως αποτέλεσμα, η σφαίρα αποκτά φορτίο με πυκνότητα ίση με την τοπική κορδέλα. Είναι σαφές ότι τέτοιες γεννήτριες δεν είναι πολύ βολικές το 1831, ο Michael Faraday δημιούργησε κάτι νέο. Χρησιμοποιώντας ένα μαγνητισμένο πέταλο, ένας περιστρεφόμενος χάλκινος δίσκος παρήγαγε ηλεκτρισμό με διαφορετικό τρόπο: το φαινόμενο της μαγνητικής επαγωγής. Το ρεύμα έβγαινε εναλλάξ. Κατά συνέπεια, το πεδίο έπαψε να είναι στατικό και έγινε ηλεκτρομαγνητικό. Ας εξηγήσουμε:

• Στη φύση, τα φορτία ηλεκτρισμού με θετικό ή αρνητικό πρόσημο βρίσκονται συχνά.
• Ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί μια αντίστοιχη απόκριση στον αιθέρα. Εκφράζεται με την παραγωγή μιας εναλλασσόμενης μαγνητικής συνιστώσας σε επίπεδο κάθετο στο αρχικό.

Η διαδικασία συνεχίζεται συνεχώς, που ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Αναπτύσσει ελεύθερο χώρο σε ευθεία γραμμή ενώ η ενέργεια εξασθενεί. Όσον αφορά τα καλώδια, η ηλεκτρική ενέργεια ταξιδεύει σχετικά εύκολα. Αλλά! Ενώ το καλώδιο είναι πλεγμένο. Η οθόνη έχει εξαφανιστεί, δεν υπάρχει γείωση (γείωση) - το κύμα αρχίζει να εκπέμπει. Το αποτέλεσμα εκμεταλλεύονται ασύρματα κατσαβίδια ένδειξης, βοηθώντας στον εντοπισμό (εντοπισμό) πηγών παρεμβολών σε βιομηχανική συχνότητα 50 Hz. Και αν η μονάδα συστήματος του υπολογιστή δεν είναι γειωμένη, χρησιμοποιώντας αυτό το μικρό πράγμα μπορείτε εύκολα να διορθώσετε το πρόβλημα.

Βοηθά τον έλεγχο για επιβλαβή ακτινοβολία από τις οθόνες. Η συχνότητα των 50 Hz εκπέμπεται εύκολα από καλώδια. Αυτή η πτυχή αυξάνει το κόστος των σταθμών παραγωγής ενέργειας (απώλειες) και βλάπτει την υγεία των πολιτών. Πώς παράγεται ενέργεια σε μια γεννήτρια Faraday; Οι δάσκαλοι του σχολείου εξήγησαν: όταν το πλαίσιο περιστρέφεται στο πεδίο ενός μαγνήτη, η επαγωγή μέσω της περιοχής αλλάζει και προκαλείται ηλεκτρικό ρεύμα.

Η μηχανική ενέργεια κίνησης μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Μαντέψαμε, η ανθρωπότητα εκμεταλλεύεται:

1. Μάζες νερού πέφτουν από ένα φράγμα.
2. Ενέργεια ατμού από θερμικούς και πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.

Οι δύο κύριοι μηχανισμοί απόκτησης ενέργειας. Η ηλεκτρική ενέργεια γίνεται η κίνηση ενός πτερυγίου στροβίλου γεννήτριας. Η φύση έχει γεννήσει συσκευές που καίνε καύσιμο ντίζελ και κηροζίνη η αρχή λειτουργίας δεν είναι πολύ διαφορετική. Η διαφορά περιορίζεται από την κινητικότητα, την ταχύτητα περιστροφής της λεπίδας.

Παραγωγή αστικής ηλεκτρικής ενέργειας

Ας δούμε τον σχεδιασμό μιας γεννήτριας υδροηλεκτρικής ενέργειας. Για να συσσωρευτεί η δυναμική ενέργεια του νερού που κινεί την κοίτη του ποταμού, δημιουργείται ένα φράγμα. Το επίπεδο ανάντη αρχίζει να ανεβαίνει γρήγορα. Για να αποφευχθεί μια σημαντική ανακάλυψη (οποιουδήποτε τύπου), μέρος της μάζας πολλών τόνων απελευθερώνεται (σε ​​ορισμένα σημεία τοποθετούνται ειδικοί φράκτες για να επιτρέψουν στα ψάρια να περάσουν για ωοτοκία). Το χρήσιμο τμήμα της ροής διέρχεται από το πτερύγιο οδήγησης. Όσοι ήταν εξοικειωμένοι με τη δομή των κινητήρων τζετ κατάλαβαν την ομιλία. Το πτερύγιο οδήγησης είναι η διαμόρφωση των βαλβίδων αλλάζοντας τη θέση, ρυθμίζεται η ποσότητα του μέσου διέλευσης (νερό).

Είπαν στις επιθεωρήσεις ότι υπάρχουν αυστηρές απαιτήσεις για τη συχνότητα της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Οι επιστήμονες έχουν υπολογίσει: μπορεί να επιτευχθεί στο τρέχον επίπεδο ανάπτυξης χρησιμοποιώντας ογκώδεις λεπίδες που δεν επηρεάζονται από μικρές κρούσεις κυμάτων. Λαμβάνεται υπόψη η μέση μάζα του διερχόμενου νερού, τα μικρά άλματα κρύβονται από την απίστευτη μάζα της προπέλας. Προφανώς, έχοντας σημαντικές διαστάσεις, η ταχύτητα περιστροφής είναι αδύναμη να φτάσει τα 50 Hz (3000 rpm). Η λεπίδα κάνει 1-2 rpm.

Η βίδα περιστρέφει τον ρότορα της γεννήτριας. Ένας κινούμενος άξονας με περιελίξεις πεδίου. Πηνία μέσω των οποίων διέρχεται συνεχές ρεύμα για να δημιουργηθεί ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο. Δεν υπάρχει ακτινοβολία, η τιμή της τάσης είναι σταθερή (βλ. παραπάνω). Παρατηρούνται σιωπηρές διακυμάνσεις, το αποτέλεσμα δεν αντανακλάται στην ουσία της διαδικασίας: ο άξονας σχηματίζεται από αρκετούς περιστρεφόμενους μαγνήτες.

Ένα λεπτό σημείο προκύπτει: πώς να αποκτήσετε μια συχνότητα 50 Hz. Καταλήξαμε γρήγορα στο συμπέρασμα: είναι ασύμφορο να διορθώσετε το εναλλασσόμενο ρεύμα και στη συνέχεια να εγκαταστήσετε έναν μετατροπέα αντίστροφης μετατροπής. Πολλά συρμάτινα πηνία (ένα πλαίσιο από τα πειράματα του Faraday) τοποθετήθηκαν κατά μήκος του στάτορα, στα οποία θα προκληθεί επαγωγή. Μέσω της σωστής μεταγωγής, είναι δυνατή η αφαίρεση των απαιτούμενων 230 βολτ από τη γεννήτρια (μάλιστα υπάρχουν και μετασχηματιστές υποβάθμισης) με συχνότητα 50 Hz. Οι γεννήτριες παράγουν τρεις φάσεις μετατοπισμένες κατά 120 μοίρες. Ανακύπτει ένα νέο ερώτημα - να εξασφαλιστεί η σταθερότητα. Εφαρμόστε μια μετρημένη ποσότητα νερού ενώ η λεπίδα ανεβάζει ταχύτητα; Σχεδόν αδύνατο, προχωρήστε ως εξής:

1. Εκτός από τα τρέχοντα πηνία συλλογής, ο στάτορας περιέχει συναρπαστικά πηνία.
2. Μια τάση συχνότητας παρέχεται εκεί, επιτρέποντας στη λεπίδα να φτάσει την επιθυμητή ταχύτητα.
3. Το αποτέλεσμα είναι στην πραγματικότητα ένας τεράστιος σύγχρονος κινητήρας.

Η αρχική επιτάχυνση καθοδηγείται από τη ροή του νερού, η βοηθητική τάση συγκρατεί την προπέλα προσπαθώντας να υπερβεί την καθορισμένη ταχύτητα. Το νερό στην πραγματικότητα ωθεί τη μηχανή, η τάση διέγερσης θα χρησιμεύσει ως ρύθμιση (φυσικά, παρέχεται εναλλασσόμενο ρεύμα στον στάτορα). Όταν απαιτείται περισσότερη ισχύς, το πτερύγιο οδήγησης του φράγματος ανοίγει ελαφρώς. Η μάζα του νερού γίνεται πιο στερεή, σίγουρα θα διαταράσσει την ορμή. Είναι απαραίτητο να αυξηθεί το ρεύμα διέγερσης του στάτη, το πεδίο ελέγχου γίνεται ισχυρότερο, η κατάσταση παραμένει εντός κανονικών ορίων.

Γεννήτρια στροφής κινητήρα εσωτερικής καύσης Caterpillar

Η ισχύς της γεννήτριας αυξάνεται. Διατηρείται το επίπεδο τάσης; Σύμφωνα με το νόμο του Faraday του ηλεκτρομαγνητικού emf, η τάση καθορίζεται από τον ρυθμό μεταβολής του μαγνητικού πεδίου, τον αριθμό των στροφών. Αποδεικνύεται ότι επιλέγοντας εποικοδομητικά την περιοχή των πηνίων και το μήκος του καλωδίου, ορίζουμε την τάση εξόδου της γεννήτριας. Φυσικά, ο καθένας πρέπει να έχει τη δική του ταχύτητα περιστροφής της λεπίδας. Διατηρείται από ρεύμα διέγερσης ρότορα. Καθώς αυξάνεται η ισχύς, το emf αυξάνεται. Η αύξηση του ρεύματος διέγερσης αυξάνει τον ρυθμό μεταβολής της έντασης του μαγνητικού πεδίου.

Χρειαζόμαστε έναν τρόπο να διατηρήσουμε τις προηγούμενες παραμέτρους. Συχνά χρησιμοποιούνται μετασχηματιστές απομόνωσης μεταβλητής αναλογίας. Ο καταναλωτής αλλάζει το ρεύμα, η τάση παραμένει σταθερή. Οι παράμετροι που καθορίζονται από τα πρότυπα διασφαλίζονται. Ο σχεδιασμός της γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος βασίζεται στη διέγερση των περιελίξεων του στάτη, τα υπόλοιπα αφορούν μεθόδους ρύθμισης παραμέτρων.

Ρύθμιση παραμέτρων εναλλάκτη

Στην απλούστερη περίπτωση, η ισχύς δεν μπορεί να αλλάξει. Στα οικιακά (μικρές γεννήτριες) το κύκλωμα παρακολουθεί την τάση και αλλάζει την τιμή του ρεύματος διέγερσης. Σπάνια η κατάσταση ωφελεί τον καταναλωτή. Το καύσιμο ντίζελ καταναλώνεται. Αποδεικνύεται ότι η προηγούμενη ενέργεια χάνεται, μερική από αυτήν διαχέεται από το διάστημα. Δεν είναι τρομακτικό, όταν επιστρέφουμε μέρος της ταχύτητας του ποταμού στη Γη, ένας σπάνιος τσιγκούνης θα θέλει να κάψει καύσιμα για τίποτα.

Οι αναγνώστες κατάλαβαν: η ταχύτητα θα πέσει αν δεν μειώσετε την παροχή νερού, αερίου, ατμού - γενικά, η κινητήρια δύναμη. Παρακολουθεί ένα ξεχωριστό ρυθμιστικό κύκλωμα εξοπλισμένο με μηχανισμούς ρύθμισης. Για ένα ιδιωτικό σπίτι, είναι καλύτερο να δημιουργήσετε ένα σύστημα μπαταρίας σήμερα είναι δυνατό να τροφοδοτήσετε φωτισμό, φορητούς υπολογιστές και πολλές άλλες συσκευές με 12 βολτ DC. Το δίκτυο μπορεί να εξοπλιστεί με βρύση για περιοδική φόρτιση της μπαταρίας. Όπως θυμόμαστε, υπάρχουν δύο μέθοδοι:

1. Με σταθερό ρεύμα. Η τάση ποικίλλει, το ένα δέκατο της χωρητικότητας φορτίζεται κάθε ώρα. Η διάρκεια της διαδικασίας είναι 600 λεπτά.
2. Με σταθερή τάση. Το ρεύμα πέφτει εκθετικά, φτάνοντας αρχικά σε σχετικά μεγάλες τιμές. Το κύριο μειονέκτημα της τεχνικής.

Η αρχή λειτουργίας του εναλλάκτη θα σας επιτρέψει να επαναφορτίσετε τις μπαταρίες, με γνώμονα την ανάγκη. Είναι σαφές ότι θα απαιτηθεί ένα κύκλωμα γαλβανικής απομόνωσης πριν από τον καταρράκτη της μπαταρίας. Μπορείτε να μαντέψετε από όσα διαβάσατε ότι οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί χρησιμοποιούν συσκευές με ρυθμιζόμενο λόγο μετασχηματισμού. Οι μέθοδοι για την υλοποίηση της ιδέας μπορεί να είναι διαφορετικές:

1. Οι μετασχηματιστές με περιελίξεις μεταγωγής έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένοι. Ο αριθμός των στροφών μπορεί να αλλάξει με εναλλαγή κυκλωμάτων με επαφές.
2. Μια πιο ομαλή αναλογία παρέχει συρόμενη επαφή. Εδώ οι στροφές ενός πηνίου αφαιρούνται, ο συλλέκτης ρεύματος τρέχει εμπρός και πίσω, αλλάζοντας τον αριθμό των στροφών εργασίας. Είναι σαφές ότι είναι δύσκολο να περάσει ένα μεγάλο ρεύμα, θα εμφανιστεί ένας σπινθήρας και στην περίπτωση ενός υδροηλεκτρικού σταθμού θα γίνει τόξο. Μάλλον, είναι μια συσκευή για τη ρύθμιση σχετικά χαμηλών δυνάμεων.

Από τα παραπάνω προκύπτει: είναι λογικό να μεταβάλλεται το ρεύμα διέγερσης του ρότορα ενός υδροηλεκτρικού σταθμού σε άλματα χρόνου με την εναλλαγή των περιελίξεων του μετασχηματιστή ελέγχου. Στη συνέχεια εμφανίζεται μια ομαλή ρύθμιση, οι παράμετροι τάσης επιστρέφουν στο κανονικό. Εξήγησαν με γενικούς όρους πώς λειτουργεί ένας εναλλάκτης. Αξίζει να σημειωθεί: η ποικιλία δεν εξαντλείται από το σχέδιο. Ο περιγραφόμενος τύπος συσκευών αποτελεί τη ραχοκοκαλιά μιας οικογένειας που ονομάζονται σύγχρονες γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος. Παρέχουν στις πόλεις, ως επί το πλείστον, ενέργεια.

Ασύγχρονος εναλλάκτης

Οι ασύγχρονες γεννήτριες χαρακτηρίζονται από την απουσία ηλεκτρικής σύνδεσης μεταξύ του στάτορα και του ρότορα. Η ταχύτητα ελέγχεται από ένα πτερύγιο οδήγησης. Καθώς η σταθερότητα της συχνότητας μειώνεται, το πλάτος της τάσης γίνεται επίσης ασταθές. Ως αποτέλεσμα, μπορούμε να σημειώσουμε τη σχετική απλότητα του σχεδιασμού της γεννήτριας ασύγχρονου εναλλασσόμενου ρεύματος, η σταθερότητα των παραμέτρων δεν λάμπει με καλούς δείκτες.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα είναι η ικανότητα των αδυναμιών των ασύγχρονων κινητήρων να μεταναστεύουν ομαλά, μολύνοντας νέες συσκευές. Προφανώς, για την παροχή ενέργειας στους καταναλωτές, η συχνότητα του ρεύματος ρυθμίζεται, η ισχύς είναι τυχαία. Αν και, εάν η γεννήτρια βρίσκεται σε ένα σχετικά σταθερό περιβάλλον, αυτό δεν θα είναι μεγάλο πρόβλημα.

Γεννήτρια ρεύματοςείναι μια ηλεκτρική μηχανή που μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Μπορούν να παράγουν τόσο συνεχές όσο και εναλλασσόμενο ρεύμα.

Μέχρι το δεύτερο μισό του 20ου αιώναΟι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιήθηκαν σε οχήματα. Στη συνέχεια, οι δίοδοι ημιαγωγών έγιναν ευρέως διαδεδομένες, οι οποίες κατέστησαν δυνατή την ανόρθωση εναλλασσόμενου ρεύματος ή την άμεση μετατροπή του. Επομένως, και σε αυτόν τον τομέα, οι γεννήτριες DC έχουν αντικαταστήσει πιο αξιόπιστες και συμπαγείς τριφασικές γεννήτριες AC.

Στο εξέτασα λεπτομερώς τα θέματα λειτουργίας ενός ηλεκτροκινητήρα τώρα θα περιγραφούν οι γενικές αρχές λειτουργίας και ο σχεδιασμός μιας γεννήτριας ρεύματος. Δεν θα σταθώ αναλυτικά στις μηχανές DC, γιατί δεν χρησιμοποιούνται στην καθημερινότητα, στα γκαράζ και στα οχήματα σήμερα. Χρησιμοποιούνται ευρέως μόνο στις αστικές ηλεκτρικές μεταφορές: τρόλεϊ και τραμ.

Αρχή λειτουργίας της γεννήτριας ρεύματος

Η γεννήτρια λειτουργεί βάσει του νόμουηλεκτρομαγνητική επαγωγή Faraday - η ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF) προκαλείται σε έναν ορθογώνιο βρόχο (συρμάτινο πλαίσιο) που περιστρέφεται σε ένα ομοιόμορφο περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο.

Εμφανίζεται επίσης EMFσε ακίνητο ορθογώνιο πλαίσιο εάν περιστρέφεται ένας μαγνήτης σε αυτό.

Η απλούστερη γεννήτριαΕίναι ένα ορθογώνιο πλαίσιο τοποθετημένο ανάμεσα σε 2 μαγνήτες με διαφορετικούς πόλους. Για την αφαίρεση της τάσης από το περιστρεφόμενο πλαίσιο, χρησιμοποιούνται δακτύλιοι ολίσθησης. Στην πράξηΧρησιμοποιούνται ηλεκτρομαγνήτες, οι οποίοι είναι επαγωγικά πηνία ή περιελίξεις από σύρμα χαλκού σε ηλεκτρικό μονωτικό βερνίκι. Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από τις περιελίξεις, αρχίζουν να έχουν ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες. Για να τους ενθουσιάσει, χρειάζεται μια πρόσθετη πηγή ρεύματος - στα αυτοκίνητα αυτή είναι μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία. Σε οικιακούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, η διέγερση κατά την εκκίνηση συμβαίνει ως αποτέλεσμα αυτοδιέγερσης ή από μια πρόσθετη γεννήτρια DC χαμηλής ισχύος, η οποία κινείται από τον άξονα της γεννήτριας.

Σύμφωνα με την αρχή λειτουργίαςΟι γεννήτριες μπορεί να είναι σύγχρονες ή ασύγχρονες.

1. Ασύγχρονες γεννήτριεςΕίναι κατασκευαστικά απλά και φθηνά στην κατασκευή τους, πιο ανθεκτικά σε ρεύματα βραχυκυκλώματος και υπερφορτώσεις. Μια ασύγχρονη ηλεκτρική γεννήτρια είναι ιδανική για την τροφοδοσία ενεργών φορτίων: λαμπτήρες πυρακτώσεως, ηλεκτρικοί θερμαντήρες, ηλεκτρονικά, ηλεκτρικοί καυστήρες κ.λπ. Αλλά ακόμη και η βραχυπρόθεσμη υπερφόρτωση είναι απαράδεκτη γι 'αυτούς, επομένως, όταν συνδέουν ηλεκτρικούς κινητήρες, μη ηλεκτρονικές μηχανές συγκόλλησης, ηλεκτρικά εργαλεία και άλλα επαγωγικά φορτία, το απόθεμα ισχύος πρέπει να είναι τουλάχιστον τριπλάσιο και κατά προτίμηση τετραπλάσιο.
2. Σύγχρονη γεννήτριαΙδανικό για επαγωγικούς καταναλωτές με υψηλά ρεύματα εισροής. Είναι ικανά να αντέξουν πενταπλάσια υπερφόρτωση ρεύματος μέσα σε ένα δευτερόλεπτο.

Συσκευή γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος

Ως παράδειγμα συσκευής, ας πάρουμε μια τριφασική γεννήτρια αυτοκινήτου.

Γεννήτρια αυτοκινήτουαποτελείται από ένα σώμα και δύο καλύμματα με οπές για αερισμό. Ο ρότορας περιστρέφεται σε 2 ρουλεμάν και κινείται από μια τροχαλία. Στον πυρήνα του, ο ρότορας είναι ένας ηλεκτρομαγνήτης που αποτελείται από μία περιέλιξη. Το ρεύμα παρέχεται σε αυτό χρησιμοποιώντας δύο χάλκινους δακτυλίους και βούρτσες γραφίτη, που συνδέονται με έναν ηλεκτρονικό ελεγκτή ρελέ. Είναι υπεύθυνο να διασφαλίζει ότι η τάση που παρέχεται από τη γεννήτρια είναι πάντα εντός των επιτρεπόμενων ορίων των 12 Volt με επιτρεπόμενες αποκλίσεις και δεν εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής της τροχαλίας. Ο ρυθμιστής ρελέ μπορεί είτε να ενσωματωθεί στο περίβλημα της γεννήτριας είτε να βρίσκεται έξω από αυτό.

Ο στάτορας αποτελείταιαπό τρεις χάλκινες περιελίξεις που συνδέονται μεταξύ τους σε ένα τρίγωνο. Στα σημεία σύνδεσής τους συνδέεται μια ανορθωτική γέφυρα 6 διόδων ημιαγωγών, τα οποία μετατρέπουν την τάση από AC σε DC.

Ηλεκτρική γεννήτρια βενζίνηςαποτελείται από έναν κινητήρα και μια γεννήτρια ρεύματος που τον οδηγεί απευθείας, η οποία μπορεί να είναι είτε σύγχρονη είτε ασύγχρονη.

Ο κινητήρας είναι εξοπλισμένος με τα ακόλουθα συστήματα:εκκίνηση, ψεκασμός καυσίμου, ψύξη, λίπανση, σταθεροποίηση ταχύτητας. Οι κραδασμοί και ο θόρυβος απορροφώνται από σιγαστήρα, αποσβεστήρες κραδασμών και αμορτισέρ.

Όταν ένα emf επάγεται σε έναν αγωγό που κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο και διασχίζει τις γραμμές του μαγνητικού του πεδίου. Κατά συνέπεια, ένας τέτοιος αγωγός μπορεί να θεωρηθεί από εμάς ως πηγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Η μέθοδος λήψης επαγόμενου EMF, στην οποία ο αγωγός κινείται σε μαγνητικό πεδίο, κινούμενος προς τα πάνω ή προς τα κάτω, είναι πολύ άβολη για πρακτική χρήση. Επομένως, οι γεννήτριες χρησιμοποιούν όχι γραμμική, αλλά περιστροφική κίνηση του αγωγού.

Τα κύρια μέρη κάθε γεννήτριας είναι: ένα σύστημα μαγνητών ή, τις περισσότερες φορές, ηλεκτρομαγνήτες που δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο και ένα σύστημα αγωγών που διασχίζουν αυτό το μαγνητικό πεδίο.

Ας πάρουμε έναν αγωγό σε μορφή κυρτού βρόχου, τον οποίο περαιτέρω θα ονομάσουμε πλαίσιο (Εικ. 1), και ας τον τοποθετήσουμε στο μαγνητικό πεδίο που δημιουργούν οι πόλους του μαγνήτη. Εάν σε ένα τέτοιο πλαίσιο δοθεί περιστροφική κίνηση σε σχέση με τον άξονα 00, τότε οι πλευρές του που βλέπουν τους πόλους θα τέμνουν τις μαγνητικές γραμμές δύναμης και θα προκληθεί ένα emf σε αυτές.

Ρύζι. 1. Επαγωγή EMF σε αγωγό που μοιάζει με πέλετ (πλαίσιο) που περιστρέφεται σε μαγνητικό πεδίο

Συνδέοντας μια λάμπα ηλεκτρικού φωτός στο πλαίσιο χρησιμοποιώντας μαλακούς αγωγούς, κλείνουμε έτσι το κύκλωμα και ο λαμπτήρας ανάβει. Ο λαμπτήρας θα συνεχίσει να καίει όσο το πλαίσιο περιστρέφεται στο μαγνητικό πεδίο. Μια τέτοια συσκευή είναι η απλούστερη γεννήτρια που μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια που δαπανάται για την περιστροφή του πλαισίου σε ηλεκτρική ενέργεια.

Μια τέτοια απλή γεννήτρια έχει ένα μάλλον σημαντικό μειονέκτημα. Μετά από σύντομο χρονικό διάστημα, οι μαλακοί αγωγοί που συνδέουν τη λάμπα με το περιστρεφόμενο πλαίσιο θα στραφούν και θα σπάσουν. Για να αποφευχθούν τέτοια σπασίματα στο κύκλωμα, τα άκρα του πλαισίου (Εικ. 2) συνδέονται με δύο χάλκινους δακτυλίους 1 και 2, οι οποίοι περιστρέφονται μαζί με το πλαίσιο.

Αυτοί οι δακτύλιοι ονομάζονται δακτύλιοι ολίσθησης. Η εκκένωση ηλεκτρικού ρεύματος από τους δακτυλίους ολίσθησης στο εξωτερικό κύκλωμα (στον λαμπτήρα) πραγματοποιείται από ελαστικές πλάκες 3 και 4 δίπλα στους δακτυλίους. Αυτές οι πλάκες ονομάζονται βούρτσες.

Ρύζι. 2. Η κατεύθυνση του επαγόμενου EMF (και του ρεύματος) στους αγωγούς Α και Β του πλαισίου που περιστρέφονται σε μαγνητικό πεδίο: 1 και 2 - δακτύλιοι ολίσθησης, 3 και 4 - βούρτσες.

Με αυτή τη σύνδεση του περιστρεφόμενου πλαισίου στο εξωτερικό κύκλωμα, τα καλώδια σύνδεσης δεν θα σπάσουν και η γεννήτρια θα λειτουργεί κανονικά.

Ας εξετάσουμε τώρα την κατεύθυνση του EMF που προκαλείται στους αγωγούς του πλαισίου ή, που είναι η ίδια, την κατεύθυνση του ρεύματος που προκαλείται στο πλαίσιο όταν το εξωτερικό κύκλωμα είναι κλειστό.

Στην κατεύθυνση περιστροφής του πλαισίου, η οποία φαίνεται στο Σχ. 2, στον αριστερό αγωγό AA το EMF θα επαχθεί προς την κατεύθυνση μακριά από εμάς πέρα ​​από το επίπεδο του σχεδίου, και στον δεξιό αγωγό ΒΒ - λόγω του επιπέδου του σχεδίου προς εμάς.

Δεδομένου ότι και τα δύο μισά του αγωγού πλαισίου συνδέονται μεταξύ τους σε σειρά, το επαγόμενο EMF σε αυτά θα αθροιστεί και η βούρτσα 4 θα έχει έναν θετικό πόλο της γεννήτριας και η βούρτσα 3 θα έχει έναν αρνητικό πόλο.

Ας ακολουθήσουμε την αλλαγή στο επαγόμενο EMF σε μια πλήρη περιστροφή του πλαισίου. Εάν το πλαίσιο, περιστρέφοντας δεξιόστροφα, στρίβει 90° από τη θέση που φαίνεται στην Εικ. 2, τότε τα μισά του αγωγού του αυτή τη στιγμή θα κινηθούν κατά μήκος των μαγνητικών γραμμών δύναμης και η επαγωγή του EMF σε αυτά θα σταματήσει.

Περαιτέρω περιστροφή του πλαισίου κατά άλλες 90° θα οδηγήσει στο γεγονός ότι οι αγωγοί του πλαισίου θα διασχίσουν ξανά τις γραμμές μαγνητικού πεδίου (Εικ. 3), αλλά ο αγωγός AA θα μετακινηθεί σε σχέση με τις γραμμές ισχύος όχι από κάτω προς τα πάνω, αλλά από από πάνω προς τα κάτω, ενώ ο αγωγός BB, αντίθετα, θα διασχίσει τις γραμμές δύναμης, κινούμενος από κάτω προς τα πάνω.

Ρύζι. 3. Αλλαγή της κατεύθυνσης του επαγόμενου e. δ.σ. (και ρεύμα) όταν το πλαίσιο περιστρέφεται 180° σε σχέση με τη θέση που φαίνεται στο Σχ. 2.

Με μια νέα θέση του πλαισίου, η κατεύθυνση του επαγόμενου EMF στους αγωγούς AL και BB θα αλλάξει προς το αντίθετο. Αυτό προκύπτει από το γεγονός ότι η ίδια η κατεύθυνση στην οποία κάθε ένας από αυτούς τους αγωγούς τέμνει τις μαγνητικές γραμμές δύναμης σε αυτή την περίπτωση έχει αλλάξει. Ως αποτέλεσμα, η πολικότητα των βουρτσών της γεννήτριας θα αλλάξει επίσης: η βούρτσα 3 θα γίνει τώρα θετική και η βούρτσα 4 θα γίνει αρνητική.

Έτσι, κατά τη διάρκεια μιας πλήρους περιστροφής του πλαισίου, το επαγόμενο EMF άλλαξε την κατεύθυνσή του δύο φορές και η τιμή του κατά το ίδιο χρονικό διάστημα έφτασε επίσης δύο φορές τις μεγαλύτερες τιμές του (όταν οι αγωγοί του πλαισίου πέρασαν κάτω από τους πόλους) και δύο φορές ισοδυναμούσε με μηδέν ( τις στιγμές που οι αγωγοί κινούνταν κατά μήκος των μαγνητικών γραμμών δύναμης).

Είναι αρκετά σαφές ότι ένα EMF που αλλάζει κατεύθυνση και μέγεθος θα προκαλέσει ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα κλειστό εξωτερικό κύκλωμα που αλλάζει κατεύθυνση και μέγεθος.

Έτσι, για παράδειγμα, εάν συνδέσετε έναν λαμπτήρα ηλεκτρικού φωτός στους ακροδέκτες αυτής της απλής γεννήτριας, τότε κατά το πρώτο μισό της στροφής του πλαισίου το ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του λαμπτήρα θα ρέει προς μία κατεύθυνση και κατά το δεύτερο μισό της μια στροφή στην άλλη.

Ρύζι. 4. Καμπύλη μεταβολής στο επαγόμενο ρεύμα ανά περιστροφή πλαισίου

Μια ιδέα για τη φύση της αλλαγής του ρεύματος όταν το πλαίσιο περιστρέφεται 360°, δηλαδή σε μια πλήρη περιστροφή, δίνεται από την καμπύλη στο Σχ. 4. Ηλεκτρικό ρεύμα που αλλάζει συνεχώς σε μέγεθος και κατεύθυνση ονομάζεται.