Unde este folosit generatorul variabil? Generator trifazat - principiul de funcționare și proiectarea acestuia

Dacă un magnet permanent se rotește deasupra unui miez cu o bobină atașată la acesta, câmpul magnetic din jurul bobinei se va schimba continuu și, datorită fenomenului de inducție electromagnetică, în acesta va apărea un curent indus alternativ. Un generator de curent alternativ cu inducție funcționează pe acest principiu, în care energia mecanică este transformată în energie electrică.

Orez. 24.6.

Circuitul unui generator de curent alternativ cu inducție utilizat pe biciclete este prezentat în Figura 24.5. Când un magnet permanent cu opt poli, rotorul 1, se rotește, apare o fem în înfășurarea statorului 2. Conectat la capetele 3 și 4 ale înfășurării, becul 5 este alimentat.

Figura 24.6 prezintă o secțiune transversală a unui generator industrial. Partea staționară a generatorului, adică statorul 1, este un cadru realizat din foi de oțel electric magnetic moale. Statorul are o înfășurare din sârmă groasă de cupru.

Partea rotativă a generatorului - rotorul 2 - este un electromagnet, din care înfășurarea 3 este alimentată de un generator special de curent continuu - excitator.

Când rotorul se rotește, câmpul magnetic care pătrunde în înfășurarea statorului se modifică periodic, datorită faptului că în acesta este indusă o fem indusă variabilă.

Centralele termice folosesc turbine cu abur pentru rotirea rotorului.
În centralele hidroelectrice, turbinele cu apă de viteză relativ mică sunt folosite pentru a roti rotorul. Prin urmare, pentru a produce curent electric alternativ cu o frecvență de 50 Hz, se folosesc generatoare cu rotoare cu un număr mare de perechi de poli.

Curentul alternativ are o serie de proprietăți similare cu cele ale curentului continuu, dar unele dintre proprietățile sale sunt diferite de cele ale curentului continuu.

Deci, curgând prin conductori, curentul alternativ le încălzește (la fel ca și curentul continuu). Această proprietate este utilizată în dispozitivele electrice de încălzire și lămpile electrice cu incandescență.

În jurul conductorilor prin care trece curentul alternativ, există în mod necesar un câmp magnetic, dar acesta, ca și curentul, este variabil. Într-un electromagnet alimentat cu curent alternativ de la rețea, polaritatea capetelor circuitului magnetic (miez) se modifică de 50 de ori pe secundă.

Este ușor de verificat că un motor cu comutator bobinat în serie poate funcționa atunci când este alimentat cu curent alternativ. Astfel de motoare sunt folosite în multe aparate de uz casnic (aspirator, storcator, ventilator etc.). Într-adevăr, atunci când polaritatea polilor inductorului se schimbă, direcția curentului din armătură se schimbă simultan, astfel încât armătura va continua să se rotească în aceeași direcție.

ÎNTREBĂRI DE CONTROL

1. Care este principiul de funcționare al unui generator de inducție?
2. Ce proprietăți ale curentului alternativ cunoașteți?
3. Care sunt dispozitivele unui turbo cu inducție și generator de hidrogen? Explica cu poze.

4. De ce rotorul turbogeneratorului are o pereche de poli, în timp ce hidrogeneratorul are mulți?

Exerciții

1. Demonstrați că generatorul hidraulic al hidrocentralei Bratsk produce curent alternativ cu o frecvență de 50 Hz. Rotorul său, care se rotește la o frecvență de 125 rpm, are 24 de perechi de poli.
2. Câte perechi de poli ar trebui să aibă un generator de hidrogen dacă rotorul său se rotește la o frecvență de 5 rps? Frecvența curentului indus este de 50 Hz.
3. Demonstrați că instrumentele magnetoelectrice nu sunt potrivite pentru măsurători în circuite de curent alternativ, dar instrumentele electromagnetice și electrodinamice sunt potrivite.
4. Figura prezintă un grafic preluat de pe ecranul osciloscopului. Fiecare celulă corespunde orizontal la 0,01 s, iar vertical la 20 V. Determinați tensiunea și frecvența curentului electric.

Principiul de funcționare al unui generator auto nu este deloc greu de înțeles dacă luăm în considerare principalele componente ale acestui important dispozitiv vehicul, care transformă energia mecanică primită de la motorul mașinii în energie electrică.

Schema circuitului generatorului auto - în ce constă un generator auto?

Această componentă a vehiculului este necesară pentru încărcarea și furnizarea echipamentelor electrice cu motorul vehiculului cu puterea electrică de care are nevoie. De obicei, generatorul este situat în partea din față a motorului mașinii. Astăzi, există două opțiuni de design pentru dispozitivul care ne interesează:

standard;
compact.

Atât primul cât și al doilea model au o serie de elemente comune. Acestea includ următoarele mecanisme:

asamblare perie;
regulator de voltaj;
stator;
dispozitiv redresor;
cadru;
rotor.

Diferența dintre un generator standard și cel compact constă în designul carcasei, al scripetei de antrenare, al ansamblului redresor și al ventilatorului.În plus, au dimensiuni geometrice diferite, care depinde nu numai de designul lor, ci și de producător. În același timp, funcționarea unui generator auto rămâne neschimbată, indiferent de forma pe care o dau inginerii proiectanți.

Principiul de funcționare al unui generator auto - cum funcționează exact?

Funcționarea aparatului care ne interesează se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică. Esența sa este următoarea. Când fluxul magnetic trece printr-o bobină de cupru, la bornele acesteia este generată o tensiune. Mărimea sa este proporțională cu viteza cu care se modifică același flux.

Și pentru a se forma un flux magnetic, în funcție de efectul de inducție, prin bobină trebuie să treacă un curent electric. În esență, dacă trebuie să obțineți curent electric alternativ, este suficient să aveți la îndemână:

bobină (tensiunea alternativă va fi îndepărtată din ea);
sursă de câmp magnetic alternativ.

Sursa specificată într-un vehicul modern este un rotor rotativ format dintr-un arbore, un sistem de stâlpi și inele colectoare. Dar un alt element important - statorul - este necesar pentru a genera curent electric (alternant). Statorul este format dintr-un miez, care este format din plăci de oțel, și o înfășurare.

Principiul de funcționare a unui generator auto - schema de circuit a unității

Nu este suficient să știi cum funcționează un generator auto în general dacă vrei să înțelegi pe deplin cum funcționează. În plus, ar trebui să studiați circuitul electric al unității generatoare, care include următoarele componente:

comutator de aprindere;
"masa";
asamblare perie;
un condensator conceput pentru a suprima interferențele;
diode de înfăşurare;
ieșire pozitivă a mecanismului;
diode redresoare (putere) – negative și pozitive;
puterea de bobinaj;
regulator de voltaj;
înfășurări statorice;
lampă de semnalizare (semnalează o defecțiune a dispozitivului descris).

Dar acum este ușor de înțeles cum funcționează un generator auto. Când cheia este rotită în contact, curentul este furnizat bobinării câmpului prin inele colectoare și un mecanism de perie. În el este indus câmpul necesar (magnetic), care pune în mișcare rotorul, care începe să se miște

Diagnosticați un generator de curent alternativ utilizând USB Autoscope III (osciloscop Postalovsky).

SCOPUL LUCRĂRII: Verificarea functionalitatii grupului electrogen.

1. Studiul schemei de principiu a generatorului;

2. Studiul etapelor de pregătire a dispozitivului pentru funcționare;

3. Studierea procedurii de operare a diagnosticului:

4.Verificarea funcționalității grupului electrogen.

Scopul, proiectarea și principiul de funcționare al generatorului.

Grupul electrogen este conceput pentru a furniza energie consumatorilor incluși în sistemul de echipamente electrice și pentru a încărca bateria atunci când motorul vehiculului este pornit. Parametrii de ieșire ai generatorului trebuie să fie astfel încât în orice mod de deplasare a vehiculului să nu aibă loc descărcarea progresivă a bateriei. În plus, tensiunea din rețeaua de bord a vehiculului, alimentată de grupul electrogen, trebuie să fie stabilă pe o gamă largă de viteze de rotație și sarcini.
Setul generator este un dispozitiv destul de fiabil, care poate rezista la vibrații crescute ale motorului, temperaturi ridicate în compartimentul motorului, expunere la un mediu umed, murdărie și alți factori.

Mașinile moderne sunt echipate cu generatoare de curent alternativ. Pentru funcționarea normală a consumatorilor de curent pe mașină, trebuie să existe o tensiune de alimentare stabilă, prin urmare, indiferent de viteza de rotație a rotorului generatorului și de numărul de consumatori conectați, tensiunea generatorului trebuie să fie constantă. Menținerea unei tensiuni constante și protejarea generatorului de suprasarcină este asigurată de un dispozitiv numit regulator de tensiune sau regulator releu.

În funcție de condițiile rutiere și climatice și de modurile de funcționare a vehiculului, tensiunea generatorului care alimentează consumatorii proiectați pentru o tensiune nominală de 12 V trebuie să fie în 13,2 V. 15,5 V.

Generatorul de curent alternativ este trifazat, sincron, cu excitație electromagnetică în comparație cu generatorul de curent continuu, are un consum de metal și dimensiuni de gabarit mai mici; Cu aceeași putere, este mai simplu în design și are o durată de viață mai lungă. Un generator se numește generator sincron deoarece frecvența curentului pe care îl produce este proporțională cu viteza de rotație a rotorului generatorului. Puterea specifică a alternatorului, de ex. Puterea generatorului pe unitatea de masă este de aproximativ 2 ori mai mare decât cea a unui generator de curent continuu. Acest lucru face posibilă creșterea raportului de transmisie al acționării generatorului de 2-3 ori, drept urmare, la turația de ralanti a motorului, generatoarele de curent alternativ dezvoltă până la 40% din puterea nominală, ceea ce oferă condiții mai bune pentru încărcarea bateriilor și, prin urmare, creșterea duratei de viață a acestora. Împreună cu aceasta, generatoarele de curent alternativ, în ciuda diferențelor dintre numerele de serie, sunt în consecință unificate pentru multe modele de mașini și camioane și au un număr de piese interschimbabile (roți de antrenare, rotoare, rulmenți etc.) și nu au diferențe fundamentale în proiecta.

Principiul de funcționare al generatorului.

Funcționarea generatorului se bazează pe efectul inducției electromagnetice. Dacă o bobină, de exemplu, din sârmă de cupru, este pătrunsă de un flux magnetic, atunci când se modifică, la bornele bobinei apare o tensiune electrică alternativă. În schimb, pentru a genera un flux magnetic, este suficient să treci un curent electric prin bobină.

Astfel, pentru a produce un curent electric alternativ este nevoie de o bobină prin care circulă un curent electric continuu, formând un flux magnetic, numit înfășurare de câmp, și un sistem de stâlpi de oțel, al cărui scop este aducerea fluxului magnetic către bobine. , numită înfășurare a statorului, în care este indusă o tensiune alternativă.

Aceste bobine sunt plasate în canelurile structurii de oțel, circuitul magnetic (pachetul de fier) al statorului. Înfășurarea statorului cu miezul său magnetic formează în sine statorul generatorului, cea mai importantă parte staționară a acestuia, în care este generat curent electric, iar înfășurarea de excitație cu sistemul de poli și alte părți (arbore, inele colectoare) formează rotorul, cel mai mare parte importantă rotativă.

Când rotorul se rotește opus bobinelor înfășurării statorului, polii „nord” și „sud” ai rotorului apar alternativ, adică direcția fluxului magnetic care trece prin bobină se schimbă, ceea ce provoacă apariția unei tensiuni alternative în acesta.

Înfășurarea statorului a generatoarelor de la companii străine, precum și a celor autohtone, este trifazată. Este format din trei părți, numite înfășurări de fază sau pur și simplu faze, tensiunea și curenții în care sunt deplasați unul față de celălalt cu o treime din perioadă, adică cu 120 de grade electrice. Fazele pot fi conectate în stea sau triunghi.

Dispozitiv generator.

Conform designului lor, seturile de generatoare pot fi împărțite în două grupuri - generatoare de design tradițional cu un ventilator la scripetele de antrenare și generatoare de așa-numit design compact cu două ventilatoare în cavitatea internă a generatorului. De obicei, generatoarele „compacte” sunt echipate cu o transmisie cu un raport de transmisie crescut printr-o curea poli-V și, prin urmare, conform terminologiei adoptate de unele companii, sunt numite generatoare de mare viteză. Mai mult, în cadrul acestor grupe putem distinge generatoare în care ansamblul perii este amplasat în cavitatea internă a generatorului între sistemul de poli rotorului și capacul din spate și generatoare în care inelele colectoare și periile sunt amplasate în afara cavității interne. În acest caz, generatorul are o carcasă, sub care se află un ansamblu de perii, un redresor și, de regulă, un regulator de tensiune.

Structura generatorului este prezentată în fotografie. Carcasa (5) și capacul frontal al generatorului (2) servesc drept suport pentru rulmenții (9 și 10), în care se rotește armătura (4). Tensiunea de la baterie este furnizată câmpului armăturii înfășurând prin perii (7) și inele colectoare (11). Ancora este antrenată de o curea trapezoidale printr-un scripete (1). La pornirea motorului, de îndată ce armătura începe să se rotească, câmpul electromagnetic pe care îl creează induce un curent electric alternativ în înfășurarea statorului (3). În blocul redresor (6) acest curent devine constant. În continuare, curentul prin regulatorul de tensiune combinat cu unitatea redresorului intră în rețeaua electrică a vehiculului pentru a alimenta sistemul de aprindere, sistemele de iluminat și alarmă, instrumentație etc. Bateria va fi conectată la aceste dispozitive și va începe să se reîncarce puțin mai târziu, de îndată ce energia electrică generată de grupul electrogen este furnizată va fi suficientă pentru a asigura funcţionarea neîntreruptă a tuturor consumatorilor.

Masuri de precautie

Funcționarea unui grup electrogen necesită respectarea anumitor reguli, legate în principal de prezența elementelor electronice în ele.

1. Nu este permisă operarea grupului electrogen cu bateria deconectată. Chiar și o deconectare pe termen scurt a bateriei în timp ce generatorul funcționează poate duce la defectarea elementelor regulatoare de tensiune.
Dacă bateria este complet descărcată, este imposibil să porniți mașina, chiar dacă o remorcați: bateria nu furnizează curent de excitare, iar tensiunea din rețeaua de bord rămâne aproape de zero. Ajută la instalarea unei baterii încărcate corespunzător, care este apoi înlocuită cu una veche, descărcată, în timp ce motorul funcționează. Pentru a evita defectarea elementelor regulatoare de tensiune (și a consumatorilor conectați) din cauza tensiunii crescute, este necesar să porniți consumatori electrici puternici, cum ar fi geamurile sau farurile încălzite, în timp ce bateriile sunt înlocuite. Pe viitor, după o jumătate de oră sau o oră de funcționare a motorului la 1500-2000 rpm, bateria descărcată (dacă este în stare bună) va fi încărcată suficient pentru a porni motorul.

2. Nu este permisă conectarea surselor electrice cu polaritate inversă (plus la masă) la rețeaua de bord, ceea ce se poate întâmpla, de exemplu, la pornirea motorului de la o baterie externă.

Informații conexe.

Conţinut:

Când oamenii s-au uitat mai atent la posibilitățile de electricitate, au început imediat să-și dea seama cum să pună în funcțiune această energie interesantă. Și a apărut o gamă întreagă de instrumente, dispozitive, instalații capabile să creeze tensiune electrică la două capete metalice. Au înșurubat imediat două șuruburi la capete și au început să atârne totul de ele, ceea ce a provocat acum o mulțime de efecte interesante. Aceste dispozitive au fost numite în general surse de electricitate sau generatoare. Și ceea ce era conectat la ei era un circuit electric. Și pe măsură ce circuitele au crescut și au luat un loc din ce în ce mai semnificativ și permanent în viața umană, au început să fie numite rețele electrice.

Generatoarele au fost cele care au creat întreaga noastră industrie electrică. Cum diferă principiul de funcționare al unui generator de curent alternativ de principiile de funcționare ale primelor surse? O anumită fiabilitate și constanță care provine din fiabilitatea și disponibilitatea universală a energiei din care generează electricitate. Aceasta este o mișcare mecanică. Dar lumea noastră este plină de mișcare. Și a fost destul de natural să faci rotoarele să se învârtă și să iei mișcarea pentru asta de la altceva. De la căldură. Combustibilul arde, rotorul se rotește - generatorul de curent funcționează.

Sursa originală a fost produsul primelor experimente. Chimie (baterii), electrificare (mașini electroforice) - toate acestea sunt oarecum slabe. Pentru că este disproporționat de scump în comparație cu cantitatea de energie pe care o necesitau rețelele. Mai întâi cele de iluminat, apoi aproape imediat cele de tramvai. Deci tramvaiul a împins generatoarele actuale în dezvoltare.

Linia de tramvai este locul în care electricitatea în sine produce mișcarea. Avantajul acestei abordări a fost furnizarea foarte convenabilă a unui astfel de „combustibil” pe distanțe lungi. Și s-a încadrat foarte organic în costurile de fabricație a liniei de tramvai în sine. Când pun șinele de cale ferată, de ce să nu așeze și un fir de-a lungul lor, furnizând curent tramvaielor, care acum pot fi amplasate oriunde pe linie și pot primi această energie cu aceeași ușurință.

Transformarea s-a dovedit a fi simetrică: designul generatorului de curent alternativ este aproape același cu cel al motorului. Numai scopul generatorului este de a genera electricitate prin rotirea unui rotor, în timp ce electricitatea celuilalt generator rotește un rotor aproape identic, iar acesta este roțile unui tramvai.

Mecanica secolelor trecute a visat doar la un astfel de transfer de energie. La urma urmei, pe vremuri, cu ajutorul unei roți de apă, arborii mașinilor de prelucrare din ateliere întregi erau rotite. Iar energia mecanică se transmitea și mecanic: cu ajutorul arborilor, scripetelor, curelelor, angrenajelor... Sunt doar două fire. Iar în cazul tramvaielor, în general există doar unul. Al doilea este șinele în sine.

curent AC și DC

Mai întâi au descoperit curentul electric când au văzut că acționează atunci când se manifestă. Apoi au descoperit că curentul poate fi constant, dar poate fi și alternativ.

Strict vorbind, generația actuală provine întotdeauna din schimbări câmp magnetic care trece prin înfăşurare. Iar tensiunea care apare pur și simplu trebuie să fie variabilă. Pentru că din punct de vedere tehnic este pur și simplu imposibil să faci câmpul magnetic să se schimbe strict uniform. Sursele de curent obținute în alt mod se bazau pe procese staționare (sau cvasi-staționare – ținând cont de descărcarea bateriilor), motiv pentru care asigurau exclusiv curent continuu. Când a fost inventat telegraful - probabil prima invenție electrică care a împins pentru crearea liniilor electrice la scară largă - același curent în ele a fost constant, deși intermitent. Curentul continuu de tensiune nu foarte mare provoaca pierderi uriase datorita rezistentei conductoarelor in transmisie pe distante mari. Samuel Morse s-a confruntat deja cu acest lucru când și-a întins prima linie de telegraf în 1844, de la Baltimore la Washington. El și un prieten au reușit să rezolve acest lucru folosind „amplificarea activă” a semnalului folosind un releu.

Liniile de tramvai, după cum știți, au moștenit inițial această tradiție - să fie alimentate cu curent electric continuu, deși proiectarea magneților și a conductorilor care se rotesc în câmpul lor, atunci când sunt folosite ca generator, produce curent alternativ mai ușor și mai simplu.

Scopul generatorului este de a genera tensiune, directă și alternativă, de unde structura și principiul de funcționare al acestuia.

Iar tipurile de tensiune generate au determinat structura și principiul de funcționare al generatoarelor.

Prin urmare, generatoarele diferă ca tip - generator de curent continuu și generator de curent alternativ.

La generatoarele de curent continuu, această constanță se realizează prin trucuri de proiectare: prin crearea unei anumite configurații a câmpului magnetic, prin creșterea numărului de cadre de armătură din rotor, în care o diferență de potențial este indusă și îndepărtată din ele cu ajutorul unui colector multi-contact. , prin organizarea unor moduri speciale de curent de excitație pe înfășurări speciale de excitație, montate pe magneți statori etc.

Dar s-a dovedit că este mai ușor să obțineți același efect într-un alt mod: un generator de curent alternativ cu inducție generează tensiune și apoi este „redresat” de un circuit de redresor cu diodă convențional. Asta face, de exemplu, un generator auto.

Cum funcționează dispozitivul

Un alternator este o mașină cu inducție mecanică care produce o tensiune electrică alternativă la contactele sale de ieșire ca răspuns la rotația părții sale mobile de către o forță externă.

Partea mobilă a generatorului (sau alternatorul) se numește rotor, iar partea staționară se numește stator.

Două părți ale generatorului produc următoarele: una dintre ele creează un câmp magnetic, iar a doua parte conține conductori amplasați astfel încât atunci când acest câmp magnetic se modifică în raport cu ele (să-l numim generator), la capetele lor opuse apare o diferență de potențial. Este îndepărtat și transferat de la acești conductori la contactele de ieșire.

Tipuri de alternatoare

Prin urmare, există două opțiuni de proiectare posibile pentru un generator de curent alternativ, în care:

câmpul magnetic generator este creat în stator și este nemișcat;
câmpul magnetic generator este creat în rotor și se rotește odată cu acesta.

În orice caz, tensiunea rezultată din generare trebuie îndepărtată nu din partea generatorului în care este creat câmpul magnetic, ci din partea opusă.

Inițial - începând cu experimente privind rotirea unui cadru al unui conductor într-un câmp magnetic staționar - rotorul a servit la inducerea inducției electrice în înfășurările (sau cadrele sale), care a generat mișcarea electronilor la diferite capete ale acestor conductori, motiv pentru care tensiunea. apărea.

Aparent, acest lucru se datorează faptului că magneții aleși au fost mai mari și mai grei pentru a crea un câmp puternic cu un gradient mare, iar cadrele purtătoare de curent erau foarte ușoare. Dar acum, atât rotorul, cât și statorul sunt părți masive montate precis unul pe celălalt. Tensiunea de la rotorul rotativ (sau armătura) trebuie îndepărtată folosind un mecanism special și trimisă la contactele de ieșire staționare. Un astfel de mecanism se numește colector (din latinescul „colector”), în care periile fixe cu arc, „întinse” de la stator, sunt presate strâns împotriva contactelor care se rotesc cu rotorul.

Poate, din punct de vedere structural, aceasta este cea mai îngustă parte a motoarelor și generatoarelor electrice. Necesită o execuție specială la rotire, piesele sale sunt uzate din cauza contactelor proaste - când plăcile de contact sunt uzate, sau spațiile dintre ele, sau periile sunt uzate (care sunt de obicei din grafit - și produce praf conductor) - scânteia începe în timpul rotației, iar asta nu este pentru nimeni pe care nu-mi place.

Prin urmare, cea mai convenabilă opțiune pentru generatoarele de curent alternativ este a doua. Acesta este momentul în care câmpul magnetic este rotit de rotor, iar tensiunea apare în statorul staționar. Și nu trebuie să fie îndepărtat într-un mod complicat.

Monofazic și multifazic

Principiul de funcționare

Câmpul magnetic poate fi condus (schimbat, rotit) peste un sistem de conductori (având doi poli) sau peste mai mulți.

Din figură este clar cum funcționează un generator simplu de curent alternativ. În ce constă generatorul? Părțile principale sunt rotorul și statorul. Vedem că rotorul cu magnetul N–S instalat în el se rotește. În acest caz, polii magnetului, apoi N, apoi S, sunt alternativ foarte aproape de bobinele cu înfășurări. Înfășurările sunt conectate în serie între ele și apoi la contactele de ieșire. Direcția și fluxul câmpului magnetic care trece prin înfășurări se modifică în timpul rotației. Aceasta este ceea ce provoacă tensiune alternativă la contactele de ieșire cu o frecvență f rotația rotorului. Este generată tensiune, iar atunci când este conectată la contactele de sarcină, apare o frecvență de curent alternativ f.

Această schemă este cea mai simplă. Este doar puțin mai complicat decât acele cadre care au fost rotite cândva în câmpul a doi magneți. Abia acum, dimpotrivă, magnetul montat pe rotor se rotește, iar bobinele staționare asigură tensiune.

Tensiunea se dovedește a fi sinusoidală, atingând un maxim și un minim atunci când polii magnetului trec în apropierea bobinelor - în apropierea acestora fluxul câmpului magnetic este cel mai dens și, prin urmare, are loc cea mai rapidă schimbare a câmpului. Și în acest moment tensiunea maximă U, sau - U, va fi indusă pe contacte. Când rotorul se rotește astfel încât magnetul să treacă orizontal, tensiunea de ieșire va trece de zero.

Alternator trifazat

Cu toate acestea, vedem că există încă mult spațiu liber în această mașină electrică simplă. Ei bine, puteți instala nu doar o pereche, ci mai multe perechi de bobine în jurul perimetrului statorului. Dar apoi va trebui să separați contactele de tensiune separate de la fiecare pereche de bobine, astfel încât tensiunile diferitelor perechi să nu se anuleze reciproc. Va fi ca mai multe generatoare într-unul, fiecare dintre ele va produce o tensiune sinusoidală, dar din moment ce bobinele sunt rotite una față de alta, sinusoidele vor fi deplasate exact la același unghi în care perechile de bobine sunt deplasate față de originalul nostru. unu.

Bobinele sunt distribuite uniform în jurul perimetrului statorului, adică sunt distanțate la un unghi de 120⁰ una de cealaltă. Exact aceeași schimbare de fază are loc în tensiuni. Tensiunea U1 este compensată la zero (aceasta este prima noastră pereche de bobine), tensiunea U2 este de 120⁰ și tensiunea U3 este de 240⁰.

Această tensiune se numește trifazat. Poate fi transmis folosind un sistem cu un singur fir - trei fire, câte unul pentru fiecare fază, iar zeroul tuturor trei este combinat într-unul singur. Acest lucru se poate face în două moduri: prin conectarea înfășurărilor bobinelor într-un tip „triunghi” sau „stea”.

Puteți veni cu alte scheme pentru generarea tensiunii alternative, de exemplu, instalând nu trei perechi de bobine, ci doar două. Atunci diferența de fază dintre ele va fi de 90⁰.

Sistemul de generare în trei faze a fost cel care și-a găsit aplicație.

Când se consumă tensiune trifazată, fazele separate sunt adesea separate și distribuite către diferiți consumatori. Când există mulți consumatori, este posibil să se „distribuie” fazele în mod aleatoriu - în medie, rezultatul este de obicei aceeași sarcină pe toate fazele. Dar acest lucru trebuie monitorizat. Pentru că dacă consumul în diferite faze este foarte diferit sau se comportă foarte neuniform în timp, apare un fenomen numit „dezechilibru de fază”. Tensiunea în diferite faze începe să difere. Și acest lucru duce la multe consecințe negative: consum excesiv de energie electrică, defecțiune a transformatoarelor, a aparatelor electrice și a motoarelor. La o centrală electrică - la o scădere a eficienței generatoarelor (vor începe să „șchiopătească”, așa cum ar fi) și chiar la defecțiunea generatoarelor de electricitate. Pentru a minimiza acest tip de daune, firul neutru este de obicei bine împământat, dar inginerii energetici ar trebui să monitorizeze și un astfel de fenomen neplăcut.

Excitația generatorului

Un generator real diferă de cel descris aici prin faptul că folosirea magneților permanenți ca sursă de câmp magnetic este un exercițiu inutil. Câmpul magnetic dintr-o instalație industrială trebuie să fie de o intensitate strict definită și strict menținută. Cum să obțineți strict aceeași tensiune a magneților la diferite faze într-un generator de curent alternativ trifazat? În caz contrar, tensiunile de pe ele vor fi diferite și vor exista faze „veșnic șchioape”. Prin urmare, în loc de magneți, pe rotor se folosesc electromagneți cu miez. Le este furnizată o tensiune constantă, iar în timpul funcționării generatorului, ele excită un câmp electromagnetic de o intensitate strict specificată. Tensiunea constantă este furnizată de la o sursă independentă - aceasta poate fi o baterie sau o altă sursă de curent continuu. Aici, din nou, există o problemă: fie puneți o baterie pe rotor pentru a alimenta bobinele de excitație, fie deranjați-vă din nou cu colectoarele pentru a transmite tensiunea de excitare. Soluția poate fi numită a lui Solomon: pentru a face două generatoare pe un rotor deodată, doar al doilea furnizează curent înfășurărilor de excitație ale primului. Și în stator, în consecință, se adaugă mai mulți electromagneți pentru a excita câmpul magnetic în acest al doilea generator, curentul de la care este utilizat numai în rotorul însuși, prin urmare, nimeni nu are nevoie de el din exterior. Și nu trebuie să blocați niciun colector pentru a-l elimina. Acest design a devenit cunoscut sub numele de „alternator sincron fără perii”.

Se numește sincron pentru că ambele surse - generatorul de curent de excitație și generatorul-dispozitiv care produce rezultatul final - tensiunea de ieșire - funcționează simultan pe același rotor.

Folosind curentul de excitație, puteți influența tensiunea furnizată de generatorul-dispozitiv: odată cu creșterea curentului de excitație, câmpul magnetic excitat de rotor crește în mod corespunzător, motiv pentru care înfășurările principale ale generatorului vor produce o tensiune alternativă. de amplitudine mai mare.

Acesta este folosit pentru reglarea tensiunii, deoarece viteza de rotație a rotorului nu poate fi modificată, altfel frecvența se va schimba și este stabilită strict de caracteristicile tehnice ale întregii noastre rețele electrice.

Sistemul nostru de alimentare produce tensiune cu o frecvență de strict 50 Hz și este produs de generatoarele centralei electrice - toți își rotesc rotoarele cu o viteză care este un multiplu de 50 Hz. Și designul rotorului emite o tensiune care se modifică de 50 de ori pe secundă.

Cu toate acestea, în multe cazuri în care acuratețea de înaltă frecvență a energiei generate nu este critică, se folosesc generatoare asincrone. Sunt mai simple și mai ieftine decât cele sincrone, dar furnizează tensiune cu o gamă largă de parametri. Nu contează unde va fi în continuare convertit într-o constantă prin schemele ulterioare.

Poveste

Sistemele care produc curent alternativ sunt cunoscute sub forme simple încă de la descoperirea inducției magnetice a curentului electric. Mașinile timpurii au fost dezvoltate de pionieri precum Michael Faraday și Hippolyte Pixie.

Faraday a dezvoltat un „triunghi rotativ” a cărui acțiune a fost multipolară- fiecare conductor activ a fost trecut secvenţial printr-o zonă în care câmpul magnetic era în direcţii opuse. Prima demonstrație publică a celui mai puternic „sistem alternator” a avut loc în 1886. Un generator mare de curent alternativ cu două faze a fost construit de electricianul britanic James Edward Henry Gordon în 1882. Lord Kelvin și Sebastian Ferranti au dezvoltat, de asemenea, un alternator timpuriu care producea frecvențe între 100 și 300 de herți. În 1891, Nikola Tesla a brevetat un alternator practic de „înaltă frecvență” (care funcționa la o frecvență de aproximativ 15.000 de herți). După 1891, au fost introduse alternatoarele multifazate.

Principiul de funcționare al generatorului se bazează pe acțiunea inducției electromagnetice - apariția tensiunii electrice în înfășurarea statorului situată într-un câmp magnetic alternativ. Este creat cu ajutorul unui electromagnet - rotor rotativ atunci când curentul continuu trece prin înfășurarea sa. Tensiunea alternativă este transformată în tensiune continuă de un redresor cu semiconductor.

Generator auto

Alternator auto. Cureaua de transmisie a fost scoasă.

Alternatorul este folosit în mașinile moderne pentru a încărca bateria și pentru a furniza energie sistemului electric al mașinii. Generatoarele de curent alternativ nu folosesc comutator, acest lucru oferă un mare avantaj față de generatoarele de curent continuu: sunt mai simple, mai ușoare și mai ieftine. Alternatoarele auto folosesc un set de redresoare (punte de diode) pentru a converti curentul alternativ în curent continuu. Pentru a produce curent continuu cu ondulație scăzută, alternatoarele auto au o înfășurare trifazată și un redresor trifazat.

Alternatoarele auto moderne au un regulator de tensiune încorporat în ele. Anterior, erau instalate doar regulatoare analogice de tensiune. În prezent, regulatoarele cu relee au trecut pe un canal digital, așa-numita magistrală CAN.

Alternatoare marine

Generatoare marine de curent alternativ în iahturi cu adaptare corespunzătoare la mediile cu apă sărată.

Alternatoare fără perii

Un generator fără perii este format din două generatoare pe un arbore. Generatoarele mici fără perii pot arăta ca o singură unitate, dar cele două părți sunt ușor de identificat la generatoarele mai mari. Cea mai mare parte dintre cele două este generatorul principal, iar partea mai mică este excitatorul. Excitatorul are bobine de câmp staționar și o armătură rotativă (bobine de putere). Generatorul principal utilizează configurații opuse de câmp rotativ și bobine staționare. Redresorul în punte (redresor rotativ) este montat pe o placă atașată la rotor. Nu se folosesc perii sau inele colectoare, reducând numărul de piese de uzură.

Generator de inducție

Spre deosebire de alte generatoare, funcționarea unui generator de inducție se bazează nu pe un câmp magnetic rotativ, ci pe unul pulsatoriu, cu alte cuvinte, câmpul se modifică nu în funcție de deplasare, ci în funcție de timp, care în cele din urmă (inducție). de EMF) dă același rezultat.

Proiectarea generatoarelor de inducție presupune amplasarea atât a unui câmp constant, cât și a bobinelor pentru inducerea EMF pe stator, în timp ce rotorul rămâne liber de înfășurări, dar trebuie să aibă o formă de dinte, deoarece întreaga funcționare a generatorului se bazează pe armonicile dinților. a rotorului.

Generatoare pentru energie mică

Pentru puteri de până la 100 kW, sunt utilizate pe scară largă generatoarele mono și trifazate cu excitație de la magneți permanenți. Utilizarea magneților permanenți de înaltă energie din compoziția neodim-fier-bor a făcut posibilă simplificarea designului și reducerea semnificativă a dimensiunii și greutății generatoarelor, ceea ce este esențial pentru energia eoliană la scară mică.

Design alternator

În cel mai general caz, cel mai frecvent utilizat generator de curent alternativ trifazat constă dintr-un rotor cu poli saliente cu o pereche de poli (generatoare de mare viteză de putere mică) sau 2 perechi dintre ei, dispuși transversal (cele mai comune generatoare). cu puteri de până la câteva sute de kilowați Acest design nu permite doar utilizarea mai eficientă a materialului, dar și pentru o frecvență industrială AC de 50 Hz oferă o turație a rotorului de funcționare de 1500 rpm, ceea ce este în acord cu viteza de tracțiune a motoarelor diesel. din această putere), precum și un stator cu 3 (în primul caz) sau 6 (în al doilea) înfășurări și poli de putere. Tensiunea de la înfășurările de putere este cea care este furnizată consumatorului.

Rotorul poate fi realizat cu magneți permanenți doar pentru generatoare de putere foarte mică în toate celelalte cazuri are așa-numita înfășurare. înfășurare de excitație, adică este un electromagnet de curent continuu, alimentat într-un rotor rotativ printr-un ansamblu perie-comutator cu contacte inelare simple, care sunt mai rezistente la uzură decât comutatorul cu lamelă despicat al mașinilor cu curent continuu.

În orice generator de curent alternativ puternic cu o înfășurare de excitație pe rotor, apare inevitabil întrebarea - ce mărime a curentului de excitație ar trebui să fie furnizată bobinei? La urma urmei, tensiunea de ieșire a unui astfel de generator depinde de aceasta. Și această tensiune trebuie menținută în anumite limite, de exemplu, 380 de volți, indiferent de curentul din circuitul consumatorului, a cărui valoare semnificativă poate reduce semnificativ și tensiunea de ieșire a generatorului. În plus, sarcina între faze poate fi în general foarte neuniformă.

Această problemă este rezolvată în generatoarele moderne, de regulă, prin introducerea transformatoarelor de curent electromagnetic în circuitele de ieșire ale fazelor generatorului, conectate prin înfășurări secundare într-un triunghi sau stea și producând la ieșire o tensiune trifazată alternativă cu o amplitudine. de unu - zeci de volți, strict proporțional și fază potrivit cu valoarea curentului de sarcină al generatorului de faze - cu cât este mai mare curentul consumat într-o fază dată, cu atât este mai mare tensiunea la ieșirea fazei corespunzătoare a fazei corespunzătoare transformator de curent. Acest lucru obține un efect de stabilizare și de autoreglare. Toate cele trei faze de reglare din înfășurările secundare ale transformatoarelor de curent sunt apoi conectate la un redresor convențional trifazat de 6 diode semiconductoare, iar ieșirea acestuia produce un curent continuu de valoarea necesară, care este furnizat înfășurării de excitație a rotorului printr-o perie. -ansamblu colector. Circuitul poate fi completat cu o unitate reostat pentru o oarecare libertate în reglarea curentului de excitație.

În generatoarele învechite sau de putere redusă, în locul transformatoarelor de curent, s-a folosit un sistem de reostate puternice, cu izolarea curentului de excitație de funcționare prin modificarea căderii de tensiune pe rezistor atunci când curentul prin acesta se modifică. Aceste scheme erau mai puțin precise și mult mai puțin economice.

În ambele cazuri, există problema apariției unei tensiuni inițiale pe înfășurările de putere ale generatorului în momentul în care începe să funcționeze - într-adevăr, dacă nu există încă excitare, atunci curentul în înfășurările secundare ale transformatoarelor de curent nu are de unde să vină. Problema, totuși, este rezolvată prin faptul că fierul jugului rotorului are o anumită capacitate de magnetizare reziduală, această magnetizare reziduală este suficientă pentru a excita o tensiune de câțiva volți în înfășurările de putere, suficientă pentru a autoexcita generatorul și a ajunge; caracteristicile sale de funcționare.

La generatoarele autoexcitate, un pericol grav este reprezentat de alimentarea accidentală a tensiunii externe de la o rețea electrică industrială către înfășurările de putere ale statorului. Deși acest lucru nu duce la nicio consecință negativă pentru înfășurările generatorului în sine, câmpul magnetic alternant puternic din rețeaua externă demagnetizează efectiv statorul, drept urmare generatorul își pierde capacitatea de a se autoexcita. În acest caz, este necesară aplicarea inițială a tensiunii de excitare de la o sursă externă, de exemplu, o baterie de mașină, uneori această procedură vindecă complet statorul, dar în unele cazuri nevoia de excitare externă rămâne pentru totdeauna.

Alternator principal

Generatorul principal constă dintr-un câmp magnetic rotativ, așa cum sa menționat mai devreme, și o armătură staționară (înfășurări ale generatorului)

Mașini hibride

Vezi si

Legături

Alternatoare. Editare integrată (TPub.com).
Alternator din lemn cu turații reduse. ForceField, Fort Collins, Colorado, SUA.