Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Električna energija je jedina vrsta energije koja se lako prenosi na velike udaljenosti, a zatim pretvara u mehaničku, toplinsku ili pretvara u svjetlosno zračenje. I sama se električna energija može dobiti na različite načine: kemijska, termička, mehanička, fotoelektrična, itd. No, to je mehanička metoda koja se temelji na korištenju generatora koji su se pokazali najučinkovitijim. Među tim izvorima električne energije, široko se koristi sinkroni alternator.

Gotovo sva električna energija koja se koristi u kući i na poslu proizvodi se od generatora ovog tipa. Oni zaslužuju pobliže pogledati svoj uređaj i razumjeti princip rada ovih nevjerojatnih sinkronih strojeva.

uređaj

Dizajn sinkronih generatora koristi dva glavna radna dijela - rotirajući rotor i stacionarni stator. Na vratilu rotora nalaze se trajni magneti ili namotaji polja. Magneti imaju nazubljeni oblik, s suprotno usmjerenim polovima.

Generatori bez četkica.

Namotaj statora postavljen je na takav način da se njihove jezgre poklapaju s izbočinama magnetskih polova rotora, ili s jezgrama zavojnica rotora. Broj magnetnih zuba obično ne prelazi 6. S ovom konstrukcijom generirana struja se uklanja izravno iz namota statora. Drugim riječima, stator djeluje kao sidro.

U principu, stalni magneti mogu biti postavljeni na stator, a radni namoti u kojima će se inducirati EMF - na rotoru. Zbog toga se učinkovitost generatora neće mijenjati, ali će prstenovi i četkice biti potrebni za oslobađanje napetosti od armaturnih namotaja, a to, češće nego ne, nije racionalno.

Shematski prikaz generatora bez četkica bez namotaja uzbude prikazan je na Sl. 1.

Sl. 1. Model generatora s magnetskim rotorom

Objašnjenje:

  • raspored uređaja;
  • raspored magnetskih polova na sidru. Ovdje slova NS označavaju koaksijalni magnet s polovima, a slovo R označava čeličnu magnetsku jezgru rotora u obliku vrhova u obliku kandži.
  • model presjeka generatora. Izlazi faznih namotaja statora povezani su s "zvjezdicom".

Sinkroni strojevi s induktorima.

Imajte na umu da se trajni magneti koriste kao rotori u alternatorima male snage. U snažnim električnim strojevima uvijek se koriste namotaji induktora s neovisnom pobudom. Nezavisni izvor napajanja je DC generator na maloj snazi montiran na osovinu sinkronog motora.

Postoje dizajni sinkronih generatora niske i srednje snage, s samo-pobuđenim namotima. Kako bi inducirala induktor, ispravljena struja faznih namota se dovodi kroz četke do prstena koji se nalaze na vratilu statora. Struktura takvog alternatora prikazana je na sl. 2.

Sl. 2. Struktura sinkronog generatora prosječne snage

Obratite pažnju na prisutnost četki koje se napajaju iz neovisnog izvora.

Po broju faza sinkroni generatori se dijele na:

  • jednofazni;
  • Dvofazna;
  • tri faze.

Prema konstrukciji rotora moguće je razlikovati generatore s eksplicitnim polovima i implicitnim polovima. U implicitnom polarnom rotoru nema ispupčenja, a zavojnice armaturne žice su skrivene u utorima statora.

Prema metodi spajanja faznih namota, razlikuju se trofazni generatori:

  • povezani Teslinim šestžilnim sustavom (nisu našli praktičnu primjenu);
  • "Star";
  • „Trokut”;
  • kombinacija šest namota povezanih u obliku jedne "zvijezde" i "trokuta". Ovaj spoj se također naziva "Slavyanka".

Najčešća veza je "zvijezda" s neutralnom žicom.

Načelo djelovanja

Razmotrite princip stvaranja struje na primjeru konturnog okvira koji se nalazi između magnetskih polova. (Sl. 3)

Sl. 3. Shema koja objašnjava princip generatora

Ako se okvir okrene (u smjeru strelica), preći će magnetske sile. U ovom slučaju, prema zakonu elektromagnetske indukcije, u okviru se inducira električna struja koja se očituje kada je opterećenje povezano s četkama. Smjer se može odrediti pravilom gimlet. Dijagram pokazuje smjer struje crnim strelicama.

Primijetite da u dijelovima okvira ab i cd trenutni se pomiče u suprotnim smjerovima. Te se smjernice mijenjaju dok se dijelovi okvira kreću od jednog pola do drugog pola magneta. Ako je svaki izlazni okvir spojen na odvojeni prsten (na slici su spojeni na kolektor!), Tada ćemo na izlazu primiti izmjeničnu struju.

Veličina struje je proporcionalna brzini rotacije rotora. Osim toga, izmjeničnu struju karakterizira još jedan parametar - frekvencija. Ova vrijednost izravno ovisi o frekvenciji rotacije osovine.

Strogo se poštuje frekvencija struje u električnim mrežama. U Rusiji iu nekim drugim zemljama iznosi 50 Hz, odnosno 50 oscilacija u sekundi.

Ovaj se parametar vrlo lako može izračunati iz takvih razmatranja: jedan okret smjera struje se događa po okretanju okvira (ili bipolarnog magneta). Ako vratilo sinkronog generatora iznosi 1 okretaj u sekundi, tada će frekvencija izmjenične struje biti 1 Hz. Da bi se dobila frekvencija od 50 Hz, potrebno je osigurati 50 okretaja statora u sekundi ili 3000 okretaja u minuti.

Kako se broj polova povećava, postavljena frekvencija se održava smanjenjem brzine rotacije statora. (obrnuto proporcionalna ovisnost). Dakle, za četverostupni stator (broj polova je dvostruko veći), da bi se održala frekvencija od 50 Hz, brzina rotacije osovine mora se smanjiti za pola. Prema tome, ako se koristi 6 polova, brzina okretanja vratila trebala bi se smanjiti za faktor od tri do 1000 okretaja u minuti.

Imajte na umu da u nekim zemljama, kao što su SAD, Japan, itd., Postoje i drugi standardi - 60 Hz, a naizmjenični 400 Hz se koristi, na primjer, u mreži modernih zrakoplova.

Kontrola frekvencije

Postizanje potrebnih parametara frekvencije na dva načina:

  1. Dizajnirati generator s određenim brojem polova elektromagneta.
  2. Osigurajte odgovarajuću brzinu vratila.

Na primjer, u turbinama s malom brzinom vrtnje, koje se okreću brzinom od 150 okr / min. za regulaciju frekvencije broj polova sinkronih generatora se povećava na 40. Kod dizelskih elektrana, pri brzinama vrtnje od 750 o / min, optimalni broj polova je 8.

EMF regulacija

Zbog promjena u parametrima aktivnih opterećenja potrebno je izjednačiti nazivne napone. Unatoč činjenici da je EMS indukcije sinkronog generatora povezana s brzinom rotacije rotora, međutim, zbog zahtjeva za održavanje stabilne frekvencije, ova metoda se ne može mijenjati na ovaj način. No, parametri magnetske indukcije mogu se mijenjati smanjenjem ili povećanjem magnetskog toka, koji ovisi o broju zavoja namota induktora i veličini struje uzbude.

Regulacija se provodi uključivanjem pobudnih svitaka u krug dodatnih reostata, elektroničkih sklopova ili podešavanjem struje generatora-patogena (sl. 4). U slučaju uporabe alternatora s permanentnim magnetima, u takvim uređajima napon se regulira vanjskim stabilizatorima.

Sl. 4. Krug za podešavanje napona

Zbog svoje male težine i izvrsnih strujnih karakteristika, sinkroni alternatori su korišteni u svim modernim automobilima. Budući da ugrađena mreža automobila koristi istosmjernu struju, konstrukcije automobilskih alternatora opremljene su trofaznim ispravljačem. Za ispravljive izmjenične struje frekvencija nije važna, ali napon mora biti stabilan. To se postiže uporabom vanjskih elektroničkih uređaja. Slika 5 prikazuje električni krug povezivanja generatora s ugrađenom mrežom suvremenog automobila.

Sl. 5. Dijagram ožičenja generatora prema mreži vozila u vozilu

primjena

Sinkroni alternatori imaju jednu važnu značajku: mogu se sinkronizirati s drugim sličnim električnim strojevima. U ovom slučaju sinkrone brzine i emfovi paralelno spojenih alternatora se podudaraju, a fazni pomak je nula. Ova okolnost dopušta uporabu uređaja u industrijskoj elektroenergetici i povezivanje rezervnih generatora kada su nominalne kapacitete prekoračene u vršnim satima.

Trofazni vučni generatori koriste se u dizel lokomotivama. Promjenjive struje za pokretanje motora ispravljaju se poluvodičkim uređajima. Danas se u Rusiji već proizvode dizel lokomotive koje se temelje na asinkronim elektromotorima koji ne zahtijevaju ispravljanje struje. U načinu kočenja oni rade kao asinkroni generatori.

Sinkroni generatori ugrađuju se na hibridna vozila kako bi se spojili trakcijski i pogonski motori. Razvijanjem aktivne snage pri nominalnim opterećenjima štede skupo gorivo.

Postoje mnoge druge namjene. Primjerice, pokretne mini-elektrane, kućni strujni generatori, kao jednofazni motor itd.

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Kategorija: