Generaattori vaihtovirta- mikä se on? Tämä on sähkökone, joka muuntaa mekaanisen vuorovaikutuksen energian sähköksi. Kuinka se toimii? Sähkömagneettisen induktion laki on perustavanlaatuinen tällaisen laitteen toimintaperiaatteissa vaihtovirtageneraattorina. Kuten sähkömagnetismin laeista tiedetään, sähkömotorinen voima (EMF) voidaan indusoida (luoda) vain harvoissa tapauksissa: kun muutetaan magneettivuon parametreja itse johtimen ympärillä tai kun johdin liikkuu magneettikentissä. Magneettikenttä on materiaalinen väliaine, joka voidaan havaita vain empiirisesti ( empiirisesti). Eli tunnistaa tällaisen voimakentän olemassaolo tai puuttuminen alueellaan mahdollinen toimenpide on tarpeen lisätä johdin, jossa on virta tai magnetoitu runko.

Generaattorin tekniset tiedot

Laitteessa, kuten vaihtovirtageneraattorissa, pääosa on sähkömagneettinen. Se koostuu ferrimagneettisesta ytimestä ja kelasta ja on suunniteltu tuottamaan magneettivuo. Tällaisille koneille on olemassa joukko perusvaatimuksia: pyörimisnopeus 50 - 12 000 rpm, laajin mahdollinen tehoalue (useista wateista satoihin megawatteihin), vähimmäispaino ja mitat, korkea luotettavuus ja suorituskyky.

Kolmivaiheinen laturi

Yleensä tällainen kone on synkroninen. Sen päätehtävänä on muuntaa minkä tahansa tyyppinen energia sähköksi. Perinteisesti tämä on mekaanista energiaa. Miksi laturia kutsutaan synkroniseksi? Tämä on sellainen harjaton kone, jossa pyörimisnopeus on vakio ja tietyllä taajuudella määräytyy napojen lukumäärän mukaan. Laturi on levinnyt erittäin laajalle teollisuudessa ja rautatieliikenteessä. Pyörimissynkronista johtuen sitä käytetään jääkaappiosissa ja dieselvetureissa.

Laturi: laite ja toimintaperiaatteet

Jos pyörität roottoria ja kelaa, EMF alkaa indusoitua staattorin käämeissä. Juuri tämä ilmiö on perusta sekä kolmivaiheisten että yksivaiheisten koneiden toiminnalle. Laajimman dieselvetureiden käytön ansiosta tällaisten vetotahtigeneraattoreiden voimanlähteenä voi olla jopa diesel (polttomoottori). Vaihtovirtageneraattorin kiinteä osa on staattori, joka koostuu sydämestä ja kotelosta.

Staattorin rakoihin asetetaan käämi, jonka seurauksena EMF indusoituu. Ydin on valmistettu puristetuista erikoissähköteräslevyistä. Roottori on akseli, johon on kiinnitetty generaattorin napojen sydämet. On kirkkaita ja heikkoja napoja. Käämitys on valmistettu kuparilangat, yleensä pyöreä tai suorakaiteen muotoinen. Käämityksen päät johtavat liukurenkaisiin. Virta kerätään harjanpitimiin asennettujen harjojen avulla, joita jousi painetaan kosketuspintoja vasten. Yksinkertaisen suunnittelun vuoksi on täysin mahdollista valmistaa laturi omin käsin. Sen toimintaperiaate on erittäin yksinkertainen. Roottori pyörii moottorin avulla. Roottorin magneettikenttä pyörii sen mukana. Tällä periaatteella laturi toimii.

Tarina

Vaihtovirtaa tuottavat järjestelmät ovat olleet yksinkertaisissa muodoissa tunnettuja sähkövirran magneettisen induktion keksimisestä lähtien. Varhaiset koneet suunnittelivat pioneerit, kuten Michael Faraday ja Hippolyte Pixie.

Faraday kehitti "pyörivän kolmion", jonka toiminta oli moninapainen- jokainen aktiivinen johdin johdettiin peräkkäin alueen läpi, jossa magneettikenttä oli vastakkaisiin suuntiin. Ensimmäinen julkinen esittely tehokkaimmasta "generaattorijärjestelmästä" pidettiin vuonna 1886. Brittiläinen sähköasentaja James Edward Henry Gordon rakensi suuren kaksivaiheisen laturin vuonna 1882. Lordi Kelvin ja Sebastian Ferranti kehittivät myös varhaisen vaihtovirtageneraattorin, joka tuotti 100-300 hertsin taajuuksia. Vuonna 1891 Nikola Tesla patentoi käytännöllisen "korkeataajuisen" laturin (joka toimi noin 15 000 hertsin taajuudella). Vuoden 1891 jälkeen otettiin käyttöön monivaiheiset vaihtovirtageneraattorit.

Generaattorin toimintaperiaate perustuu sähkömagneettisen induktion toimintaan - sähköjännitteen esiintymiseen staattorin käämityksessä, joka sijaitsee vaihtuvassa magneettikentässä. Se syntyy pyörivän sähkömagneetti-roottorin avulla, kun tasavirta kulkee sen käämin läpi. Vaihtojännite muunnetaan tasavirraksi puolijohteisen tasasuuntaajan avulla.

auton laturi

Auton vaihtovirtageneraattori. Vetohihna poistettu.

Laturia käytetään nykyaikaisissa ajoneuvoissa akun lataamiseen ja ajoneuvon sähköjärjestelmän virransyöttöön. Laturit eivät käytä kommutaattoria, mikä on suuri etu generaattoreihin verrattuna tasavirta: ne ovat yksinkertaisempia, kevyempiä ja halvempia. Autojen vaihtovirtageneraattorit käyttävät tasasuuntaajia (diodisiltaa) vaihtovirran muuntamiseksi tasavirtaan. Tasavirran tuottamiseksi pienellä aaltoilulla, autojen vaihtovirtageneraattorit AC on kolmivaiheinen käämitys ja kolmivaiheinen tasasuuntaaja.

Nykyaikaisissa autojen vaihtovirtageneraattoreissa on sisäänrakennettu jännitesäädin. Aikaisemmin asennettiin vain analogisia jännitteensäätimiä. Tällä hetkellä releen säätimet ovat siirtyneet digitaaliselle kanavalle, ns. CAN-väylälle.

Laivageneraattorit

Veneiden vaihtovirtageneraattorit, jotka on mukautettu asianmukaisesti suolavesiympäristöön.

Harjattomat vaihtovirtageneraattorit

Harjaton generaattori koostuu kahdesta generaattorista yhdellä akselilla. Pienet harjattomat generaattorit voivat näyttää yhdeltä yksiköltä, mutta kaksi osaa on helppo tunnistaa suuret generaattorit. Suurin osa näistä kahdesta on päägeneraattori ja pienempi on viritin. Herittimessä on kiinteät kenttäkelat ja pyörivä ankkuri (tehokäämit). Pääoskillaattori käyttää päinvastaisia ​​konfiguraatioita pyörivällä kentällä ja kiinteillä keloilla. Siltatasasuuntaaja (pyörivä tasasuuntaaja) on asennettu roottoriin kiinnitetylle levylle. Harjoja tai liukurenkaita ei käytetä, mikä vähentää kuluvien osien määrää.

induktiogeneraattori

Toisin kuin muut generaattorit, induktiogeneraattorin toiminta ei perustu pyörivään, vaan sykkivään magneettikenttään, toisin sanoen kenttä ei muutu siirtymän, vaan ajan funktiona, mikä lopulta (induktio) EMF) antaa saman tuloksen.

Induktiogeneraattoreiden suunnitteluun kuuluu sekä vakiokentän että kelojen sijoittaminen EMF:n indusoimiseksi staattoriin, kun taas roottori pysyy vapaana käämeistä, mutta sillä on välttämättä hammastettu muoto, koska generaattorin kaikki toiminta perustuu hammastettuihin harmonisiin. roottorista.

Generaattorit pieneen sähköntuotantoon

Tehoille 100 kW asti laaja sovellus Löysi yksi- ja kolmivaiheiset generaattorit kestomagneeteista viritetyillä. Korkeaenergisten pysyvien neodyymi-rauta-boorimagneettien käyttö mahdollisti suunnittelun yksinkertaistamisen ja generaattoreiden koon ja painon pienentämisen, mikä on kriittistä pienelle tuulivoimalle.

Generaattorin suunnittelu

Hyvin yleinen tapaus, yleisimmin käytetty kolmivaiheinen vaihtovirtageneraattori koostuu ulkonapaisesta roottorista, jossa on yksi napapari (pienitehoiset pyörivät generaattorit) tai 2 paria ristikkäin (yleisimpiä generaattoreita, joiden teho on jopa useita satoja kilowatteja. Tämä malli ei ainoastaan ​​mahdollista materiaalin järkevämpää käyttöä, vaan myös teollisuuden 50 Hz:n vaihtovirtataajuudella se antaa roottorin käyttönopeudeksi 1500 rpm, mikä on hyvin sopusoinnussa tämän tehoisten dieselmoottoreiden vetonopeuden kanssa), sekä staattori, jossa on 3 (ensimmäisessä tapauksessa) tai 6 (toisessa) tehokäämitystä ja napaa. Tehokäämeistä tuleva jännite on se, joka syötetään kuluttajalle.

Roottori voidaan valmistaa kestomagneeteilla vain erittäin pienitehoisiin generaattoreihin, kaikissa muissa tapauksissa siinä on ns. käämitys. virityskäämit, toisin sanoen se on tasavirtasähkömagneetti, joka saa virtansa pyörivässä roottorissa harja-keräinkokoonpanon kautta, jossa on yksinkertaiset rengaskoskettimet, kulutusta kestävämpi kuin tasavirtakoneiden jaettu lamellikeräin.

Missä tahansa tehokkaassa vaihtovirtageneraattorissa, jossa on virityskäämi roottorissa, herää väistämättä kysymys - kuinka paljon viritysvirtaa käämiin tulisi käyttää? Loppujen lopuksi tällaisen generaattorin lähtöjännite riippuu tästä. Ja tämä jännite on säilytettävä tietyissä rajoissa, esimerkiksi 380 volttia, riippumatta kuluttajapiirin virrasta, jonka merkittävä arvo voi myös vähentää merkittävästi generaattorin lähtöjännitettä. Lisäksi vaihekuorma voi yleensä olla hyvin epätasainen.

Tämä ongelma ratkaistaan ​​nykyaikaisissa generaattoreissa pääsääntöisesti tuomalla sähkömagneettisia virtamuuntajia generaattorin vaiheiden lähtöpiireihin, jotka on yhdistetty toisiokäämeillä kolmiolla tai tähdellä ja antamalla ulostulossa vuorotteleva kolmivaihe jännite, jonka amplitudi on yksikkö - kymmeniä voltteja, tiukasti verrannollinen ja vaihesovitettu suuruuteen - mitä suurempi virta kuluu tällä hetkellä tietyssä vaiheessa, sitä suurempi on vastaavan lähdön jännite vastaavan virtamuuntajan vaihe. Tällä saavutetaan stabiloiva ja automaattisesti säätelevä vaikutus. Kaikki kolme ohjausvaihetta virtamuuntajien toisiokäämeistä kytketään sitten tavanomaiseen 6-vaiheiseen 3-vaiheiseen tasasuuntaajaan. puolijohdediodit, ja sen lähdöstä saadaan halutun arvoinen tasavirta, joka syötetään roottorin virityskäämiin harja-keräinkokoonpanon kautta. Piiriä voidaan täydentää reostaattisolmulla, jotta viritysvirran säätelyssä on jonkin verran vapautta.

Vanhentuneissa tai pienitehoisissa generaattoreissa virtamuuntajien sijasta käytettiin tehokkaiden reostaattien järjestelmää, jossa käyttöherätysvirta eristettiin muuttamalla vastuksen yli olevaa jännitehäviötä, kun sen läpi kulkeva virta muuttuu. Nämä suunnitelmat olivat vähemmän tarkkoja ja paljon vähemmän taloudellisia.

Molemmissa tapauksissa ongelmana on alkujännitteen ilmaantuminen generaattorin tehokäämeihin sillä hetkellä, kun se alkaa toimia - todellakin, jos viritystä ei vielä ole, niin virtaa ei ole mistä tulla. virtamuuntajien toisiokäämit. Ongelman kuitenkin ratkaisee se, että roottorin ikeen raudalla on jonkin verran kykyä jäännös, tämä jäännösmagnetointi riittää virittämään useiden volttien jännitteen tehokäämeissä, mikä riittää generaattorin itsevirittymiseen ja toimintaominaisuuksien saavuttamiseen.

Generaattorissa, jossa on itseherätys, vakava vaara on vahingossa tapahtuva ulkoisen jännitteen syöttö teollisuussähköverkosta staattorin tehokäämeihin. Vaikka tämä ei johda negatiivisiin seurauksiin itse generaattorin käämeille, ulkoisen verkon voimakas vaihtuva magneettikenttä demagnetisoi tehokkaasti staattorin, minkä seurauksena generaattori menettää kykynsä itsevirittymiseen. Tässä tapauksessa tarvitaan alkuherätysjännite jostain ulkoisesta lähteestä, esim. auton akku Joskus tällainen menettely parantaa staattorin kokonaan, mutta joissakin tapauksissa ulkoisen virityksen tarve säilyy ikuisesti.

Päägeneraattori

Päägeneraattori koostuu pyörivästä magneettikenttä, kuten aiemmin mainittiin, ja kiinteät liittimet (generaattorin käämit)

hybridi autot

Katso myös

Linkit

• Laturit. Integrated Publishing (TPub.com).
• Puinen alhainen kierroslukulaturi. Force Field, Fort Collins, Colorado, USA.

Synkroninen generaattori on vaihtovirtakone (mekanismi), joka muuntaa tietyntyyppisen energian sähköksi. Tällaisia ​​laitteita ovat esimerkiksi sähköstaattiset koneet, galvaaniset kennot, aurinkoparistot, lämpöpatterit jne. Kunkin lueteltujen laitetyyppien käyttö määräytyy niiden teknisten ominaisuuksien mukaan.

Sovellusalue

Synkronisia yksiköitä käytetään vaihtosähkön lähteinä: niitä käytetään voimakkaissa lämpö-, vesi- ja ydinvoimalaitoksissa, liikkuvissa voimalaitoksissa, liikennejärjestelmissä (autot, lentokoneet, dieselveturit). Synkroninen yksikkö pystyy toimimaan itsenäisesti - generaattorina, joka syöttää mitä tahansa siihen liitettyä kuormaa tai rinnakkain verkon kanssa - siihen on kytketty muita generaattoreita.

Synkroninen yksikkö voi käynnistää laitteita paikoissa, joissa ei ole keskusvirtaa sähköverkot. Näitä laitteita voidaan käyttää maatiloilla, jotka sijaitsevat kaukana siirtokunnista.

Laitteen kuvaus

Synkronisen generaattorin laite johtuu tällaisten elementtien läsnäolosta:

• Roottori tai kela (liikkuva, pyörivä), joka sisältää virityskäämin.
• Ankkuri tai staattori (liikkumaton), johon käämi sisältyy.
• Yksikön käämitys.
• Staattorin kelan kytkin.
• Tasasuuntaaja.
• Useita kaapeleita.
• Sähköyhdisteen rakenne.
• Hitsauskone.
• Roottorin kela.
• Säädetty tasavirtalähde.

Synkroninen generaattori toimii generaattoreina ja moottoreina. Se voi siirtyä generaattorin aikataulusta moottorin aikatauluun - se riippuu laitteen pyörimis- tai jarrutusvoiman toiminnasta. Generaattorin kaaviossa mekaaninen energia tulee siihen ja sähkö tulee ulos. Moottorikaaviossa sähköenergia tulee siihen ja mekaaninen energia tulee ulos.

Laite on kytketty vaihtovirtapiiriin eri tyyppiä epälineaariset vastukset. Synkroniset sarjat ovat vaihtovirtageneraattoreita voimalaitoksissa, ja synkronimoottoreita käytetään silloin, kun tarvitaan moottoria, joka käy tasaisella pyörimistaajuudella.

Yksikön toimintaperiaate

Synkronisen generaattorin toiminta perustuu sähkömagneettisen induktion periaatteeseen. Tyhjäkäynnin aikana ankkurin (staattorin) kela on auki, joten yksikön magneettikenttä muodostuu yhdestä roottorin käämityksestä. Kun roottori pyörii lankamoottorista, sen taajuus on vakio, roottorin magneettikenttä liikkuu staattorin vaihekäämien johtimien läpi ja indusoi toistuvia vaihtovirtoja - sähkömotorista voimaa (EMF). EMF on sinimuotoinen, ei-sinimuotoinen tai sykkivä.

Herätyskäämin tarkoituksena on luoda generaattoriin alkuperäinen magneettikenttä sähköisen käyttövoiman indusoimiseksi ankkurikäämiin. Jos synkronisen generaattorin ankkuria ohjataan pyörimällä tietyllä nopeudella, viritetään sitten tasavirtalähteellä, viritysvirta kulkee staattorikäämien johtimien läpi ja kelavaiheissa indusoituu vuorotteleva EMF.

Kolmivaiheinen laite

kolmivaiheinen synkroninen generaattori- laite, jossa on kolmivaiheinen vaihtovirtarakenne, jolla on valtava käytännön jakautuminen. Pyörivä sähkömagneetti pystyy tuottamaan magneettivuon (muuttuja), joka liikkuu olemassa olevan staattorikäämin kolmen vaiheen läpi. Ja tämän seurauksena vaiheissa esiintyy muuttuva EMF, jolla on sama taajuus, vaihesiirto suoritetaan kulmassa, joka on yhtä suuri kuin kolmasosa magneettikenttien pyörimisjaksosta.

Kolmivaiheinen synkroninen generaattori on varustettu siten, että sen akselin ankkuri on sähkömagneetti ja saa virtaa generaattorista. Kun akseli pyörii esimerkiksi turbiinista, generaattori syöttää sähköä, kun taas roottorin käämiä syötetään syötetyllä virralla. Tästä ankkurista tulee sähkömagneetti ja samalla akselilla pyörittämällä se tuottaa pyörivän sähkömagneettisen kentän.

Synkronisten kolmivaiheisten vesi- ja turbogeneraattoreiden ansiosta suurin osa sähköstä tuotetaan. Synkronisia yksiköitä käytetään myös sähkömoottoreina sellaisissa laitteissa, joiden teho on yli 50 kW. Synkronisen yksikön toiminnan aikana moottorikaaviossa itse roottori on kytketty tasavirtalähteeseen, kun taas staattori on kytketty kolmivaiheiseen kaapeliin.

heräterakenteet

Mikä tahansa turbo, vesi, diesel generaattorit, synkroniset kompensaattorit, tällä hetkellä valmistetut moottorit on varustettu uusimmilla puolijohderakenteilla, kuten synkronisten generaattoreiden virityksellä. Näissä rakenteissa käytetään menetelmää korkea- tai teollisuustaajuisten virittimien kolmivaiheisten vaihtovirtojen tai viritetyn yksikön jännitteen tasasuuntaamiseksi.

Generaattorin laite on sellainen, että viritysrakenteet voivat tarjota yksikölle sellaiset toimintaparametrit kuin:

• Kiihottumisen ensimmäinen vaihe, eli alkuvaihe.
• Tyhjä työ.
• Yhteys verkkoon tarkan synkronoinnin tai itsesynkronoinnin avulla.
• Työskentele energiarakenteessa olemassa olevien kuormien tai ylikuormituksen kanssa.
• Synkronisten laitteiden viritys voidaan pakottaa sellaisten kriteerien mukaan, kuten jännite ja virta, joilla on tietty monikerta.
• Sähköinen jarrulaite.

Generaattorin suunnittelu

Tällä hetkellä valmistetaan monenlaisia ​​induktiolaitteita, mutta generaattorilaite on suunniteltu siten, että ne sisältävät samat osat:

• Sähkömagneetti tai kestomagneetti, joka tuottaa magneettikentän.
• Käämitys indusoidulla muuttujalla emf.

Suurimman magneettivuon saamiseksi kaikki generaattorit käyttävät erityistä magneettirakennetta, joka koostuu kahdesta teräsytimestä.

Magneettikentän luovat käämit asennetaan toisen sydämen uriin ja EMF:n indusoimat käämit toisen uriin. Yksi ytimistä - sisäinen - on vuorovaikutuksessa sen käämityksen kanssa ja pyörii vaaka- tai pystysuoran tangon ympäri. Tällaista sauvaa kutsutaan roottoriksi. Kiinteää sydäntä, jossa on käämi, kutsutaan ankkuriksi (staattoriksi).

Laitteen ominaisuudet

Synkronisten generaattoreiden toiminnan arvioimiseksi pätevät samat ominaisuudet kuin tasavirtageneraattoreihin. Vain jotkin ehdot eroavat toisistaan ​​ja niitä täydennetään.

Synkronisen generaattorin pääominaisuudet ovat:

• tyhjäkäynti on EMF-riippuvuus laite herätevirroista, samalla se on koneen magneettipiirien magnetisoitumisen indikaattori.
• Ulkoinen ominaisuus on laitteen jännitteen riippuvuus kuormitusvirroista. Yksikön jännite vaihtelee eri tavoin kuormituksen kasvusta riippuen sen eri tyypeillä. Syyt näihin muutoksiin ovat seuraavat:

1. Jännitteen pudotus laitteen käämien induktiivisen ja aktiivisen vastuksen yli. Se kasvaa laitteen kuormituksen, eli sen virran, kasvaessa.
2. Muutos yksikön EMF:ssä. Tapahtuu staattorin reaktiosta riippuen. Aktiivisilla kuormilla jännitehäviön aiheuttaa jännitehäviö kaikissa käämeissä, koska staattorin reaktio aiheuttaa generaattorin emf:n kasvun. Aktiivi-kapasitiivisilla kuormatyypeillä magnetointivaikutus aiheuttaa virran jännitteen arvon nousun nimellisarvoon verrattuna.

• Synkronisen generaattorin säätöominaisuudet ovat herätevirtojen riippuvuus kuormitusvirroista. Synkronisten yksiköiden käytön aikana on välttämätöntä ylläpitää vakiojännite niiden liittimissä kuormien luonteesta ja suuruudesta riippumatta. Tämä on helppo saavuttaa, jos säädät generaattorin EMF:ää. Tämä voidaan tehdä muuttamalla viritysvirtoja automaattisesti riippuen kuormituksen muutoksista eli milloin aktiivinen kapasitiivinen kuorma on tarpeen vähentää herätevirtaa säilyttääkseen vakiojännite, ja aktiivi-induktiivisella ja aktiivisella - lisäys.

Synkronisen generaattorin teho määräytyy seuraavilla arvoilla:

• Sopiva verkkojännite.
• Sinun EMF.
• mittauskulma.

AC-laite

Synkroninen laturi on sähkökone, joka muuntaa mekaanisen pyörimisenergian vaihtovirtasähköenergiaksi. Tällaisten virtojen tehokkaat generaattorit asennetaan:

• vesigeneraattorin turbogeneraattori - voimalaitoksilla;
• Suhteellisen pienitehoiset vaihtovirtalaitteet - autonomisissa tehonsyöttöjärjestelmissä (kaasuturbiinivoimalaitos, dieselvoimalaitos) ja taajuusmuuttajat(moottori-generaattori).

Tällä hetkellä valmistetaan monenlaisia ​​tällaisia ​​​​laitteita, mutta niillä kaikilla on yleinen laite pääelementit:

• ankkuri (staattori) - kiinteä;
• roottori pyörii akselin ympäri.

Suurikokoisissa teollisuusgeneraattoreissa pyörii sähkömagneetti, joka on roottori. Samanaikaisesti staattorin rakoihin sijoitetut käämit, joissa on indusoitu EMF, pysyvät liikkumattomina.

Laitteissa, kuten pienitehoisessa synkronisessa generaattorissa, magneettikenttä tuottaa pyörivä kestomagneetti.

Synkronisten yksiköiden tyypit

Synkronisia generaattoreita on seuraavan tyyppisiä:

1. Hydro - siinä roottorilla on ero voimakkaiden napojen vuoksi, sitä käytetään sähkön tuotannossa, se toimii pienillä nopeuksilla.
2. Turbo - on eroja turbiineista valmistetun generaattorin implisiittisessä naparakenteessa erilainen, kierrosnopeus on melko korkea, saavuttaa noin 6000 kierrosta minuutissa.
3. Synkroninen kompensaattori - tämä yksikkö syöttää loistehoa, sitä käytetään parantamaan sähkön laatua jännitteen vakauttamiseksi.
4. Asynkroninen kaksoistehoyksikkö - tämän tyyppinen generaattorilaite koostuu siitä, että siihen on kytketty sekä roottorin että staattorin käämit eri taajuuksilla olevien virtojen toimittajalta. Asynkroninen työaikataulu luodaan. Se erottuu myös työaikataulun vakaudesta ja siitä, että se muuntaa eri vaihevirtoja ja sitä käytetään kapeaan erikoistumiseen liittyvien ongelmien ratkaisemiseen.
5. Bipolaarinen iskuyksikkö - toimii oikosulkuaikataulussa, toimii lyhyen ajan, millisekunneissa. Se testaa myös suurjännitelaitteita.

Aggregaattien lajikkeet

Synkroninen generaattori (moottori) on jaettu useisiin malleihin, jotka on suunniteltu eri tarkoituksiin:

• Askel (pulssi) - käytetään käynnistys-pysäytysjaksolla varustettujen mekanismien ohjaamiseen tai jatkuvan liikkeen laitteisiin, joissa on pulssiohjaussignaali (mittarit, nauha-ohjaimet, CNC-koneiden käyttölaitteet jne.).
• Gearless - käytettäväksi autonomisissa järjestelmissä.
• Kosketuksettomat - käytetään toimimaan voimalaitoksina meri- ja jokilaivaston aluksissa.
• Hystereesi - käytetään aikamittareissa, inertiaalisissa sähkökäytöissä, automaattisissa ohjausjärjestelmissä;
• Induktorimoottorit - sähköasennusten syöttöön.

Erotus roottorityypin mukaan

Roottorilaitteen tyypin mukaan generaattorilaite on jaettu:

• Explicit-napa - ulkonevilla tai korostetuilla navoilla. Näitä roottoreita käytetään hiljaisella käynnillä toimivissa generaattoreissa, joissa pyörimisnopeus ei ylitä 1000 rpm.
• Implisiittinen napa on sylinterin muotoinen roottori, jossa ei ole ulkonevia napoja. Nämä ankkurit ovat kaksinapaisia ​​ja nelinapaisia.

Ensimmäisessä tapauksessa roottori koostuu rististä, johon on kiinnitetty napojen sydämet tai herätekäämi. Toiseksi nopeat yksiköt, joiden nopeus on 1500 tai 3000. Roottori on valmistettu melko korkealaatuisesta teräksestä varustetun sylinterin muodossa, jossa on uria, joihin on asennettu virityskäämi, joka koostuu eri levyisistä käämeistä.

Induktiogeneraattori. Induktiogeneraattoreissa mekaaninen energia muunnetaan sähköenergiaksi. Induktiogeneraattori koostuu kahdesta osasta: liikkuvasta osasta, jota kutsutaan roottoriksi, ja kiinteästä osasta, jota kutsutaan staattoriksi. Generaattorin toiminta perustuu sähkömagneettisen induktion ilmiöön. Induktiogeneraattoreissa on suhteellisen yksinkertainen laite ja ne mahdollistavat suurien virtojen saamisen riittävän korkealla jännitteellä. Induktiogeneraattoreita on tällä hetkellä monenlaisia, mutta ne kaikki koostuvat samoista perusosista. Tämä on ensinnäkin sähkömagneetti tai kestomagneetti, joka luo magneettikentän, ja toiseksi käämi, joka koostuu sarjaan kytketyistä kierroksista, joissa muuttuja indusoituu sähkömotorinen voima. Koska sarjaan kytketyissä kierroksissa indusoidut sähkömotoriset voimat summautuvat, on käämin sähkömotorisen voiman amplitudi verrannollinen sen kierrosten lukumäärään.

Riisi. 6.9

Kunkin käännöksen läpi kulkevien kenttäviivojen määrä muuttuu jatkuvasti maksimiarvosta, kun se sijaitsee kentän poikki, nollaan, kun voimalinjat liu'uta käännettä pitkin. Tämän seurauksena kelan pyöriessä magneetin napojen välissä virran suunta muuttuu puolen kierroksen välein päinvastaiseksi ja kelaan ilmestyy vaihtovirta. Virta ohjataan ulkoiseen piiriin liukukoskettimien avulla. Tätä varten käämityksen päihin kiinnitetyt kontaktirenkaat kiinnitetään käämitysakselille. Kiinteät levyt - harjat - painetaan renkaita vasten ja yhdistävät käämityksen ulkoiseen piiriin (kuva 6.9).

Anna lankakelan pyöriä tasaisessa magneettikentässä vakiokulmanopeudella. Kelaan tunkeutuva magneettivuo muuttuu lain mukaan tässä S on silmukan alue. Faradayn lain mukaan käämiin indusoituu sähkömotorinen induktiovoima, joka määritetään seuraavasti:

Missä N on käämin kierrosten lukumäärä. Siten käämin sähkömotorinen induktiovoima muuttuu sinimuotoisen lain mukaan ja on verrannollinen käämin kierrosten lukumäärään ja pyörimistaajuuteen.

Pyörivän käämin kokeessa staattori on magneetti ja koskettimet, joiden väliin käämitys asetetaan. Suurissa teollisuusgeneraattoreissa sähkömagneetti, joka on roottori, pyörii, kun taas käämit, joissa sähkömotorinen voima indusoidaan, asetetaan staattorin rakoihin ja pysyvät paikallaan. Lämpövoimalaitoksissa roottoria pyöritetään höyryturbiineilla. Turbiineja puolestaan ​​ohjaavat vesihöyrysuihkut, jotka saadaan valtavissa höyrykattiloissa polttamalla hiiltä tai kaasua (lämpövoimalaitokset) tai hajoavaa ainetta (ydinvoimalaitokset). Vesivoimalaitokset käyttävät roottorin pyörittämiseen vesiturbiineja, joita käännetään korkealta putoavalla vedellä.

Sähkögeneraattoreilla on tärkeä rooli teknologisen sivilisaatiomme kehityksessä, koska niiden avulla voimme saada energiaa yhdestä paikasta ja käyttää sitä toisessa. Esimerkiksi höyrykone pystyy muuttamaan hiilen palamisen energian hyödylliseksi työksi, mutta tätä energiaa voidaan käyttää vain sinne, missä on asennettu hiiliuuni ja höyrykattila. Voimalaitos puolestaan ​​voi sijaita hyvin kaukana sähkön kuluttajista - ja silti toimittaa sillä tehtaita, taloja jne.

Sanotaan (todennäköisimmin tämä on vain kaunis satu), että Faraday esitteli sähkögeneraattorin prototyyppiä John Peelille, Ison-Britannian valtiovarainministerille, ja hän kysyi tiedemieheltä: "No, herra Faraday, kaikki tämä on erittäin mielenkiintoista, mutta mitä hyötyä tästä kaikesta on?".

"Mitä järkeä? Faraday oli ilmeisesti yllättynyt. "Tiedätkö, herra, kuinka paljon veroa tämä asia lopulta tuo kassaan?!"

Muuntaja.

Muuntaja. Voimalaitosten tehokkaiden generaattoreiden sähkömoottorivoima on suuri, kun taas sähkön käytännönkäyttö ei yleensä vaadi kovinkaan paljon korkea jännite, ja energiansiirto päinvastoin on erittäin korkea.

Johtojen lämmityshäviöiden vähentämiseksi on tarpeen vähentää siirtojohdon virtaa ja siten lisätä jännitettä virran säästämiseksi. Generaattorien tuottama jännite (yleensä noin 20 kV) nostetaan 75 kV:iin, 500 kV:iin ja jopa 1,15 MV:iin siirtojohdon pituudesta riippuen. Jännitteen nostaminen 20 kV:sta 500 kV:iin eli 25 kertaa vähentää johtohäviöitä 625 kertaa.

Tietyn taajuuden vaihtovirran muuntaminen, jolla jännite kasvaa tai laskee useita kertoja käytännössä ilman tehon menetystä, suoritetaan sähkömagneettisella laitteella, jossa ei ole liikkuvia osia - sähkömuuntaja. Muuntaja on tärkeä osa monissa sähkölaitteissa ja mekanismeissa. Laturit ja lelut rautatiet, radiot ja televisiot - muuntajat toimivat kaikkialla, mikä laskee tai lisää jännitettä. Niiden joukossa on sekä hyvin pieniä, korkeintaan herneitä, että todellisia kolosseja, jotka painavat satoja tonneja tai enemmän.

Riisi. 6.10

Muuntaja koostuu magneettipiiristä, joka on levysarja, joka on yleensä valmistettu ferromagneettisesta materiaalista (kuva 6.10). Magneettipiirissä on kaksi käämiä - ensiö ja toisio. Yksi käämeistä, joka on kytketty lähteeseen AC jännite, kutsutaan ensisijaiseksi, ja sitä, johon "kuorma" on kytketty, eli sähköä kuluttavia laitteita, kutsutaan toissijaiseksi. Ferromagneetti lisää magneettikenttälinjojen määrää noin 10 000 kertoimella ja lokalisoi magneettisen induktion vuon itsessään, jolloin muuntajan käämit voidaan erottaa avaruudellisesti ja silti pysyä induktiivisesti kytkettyinä.

Muuntajan toiminta perustuu keskinäisen induktion ja itseinduktion ilmiöihin. Induktio ensiökäämin ja toisiokäämin välillä on molemminpuolista, eli toisiokäämissä kulkeva virta indusoi ensiökäämin sähkömotorisen voiman, aivan kuten ensiökäämi indusoi sähkömotorisen voiman toisiossa. Lisäksi käännöksistä lähtien primäärikäämitys peittävät omat voimalinjansa, niissä syntyy itseinduktiovoima. Itseinduktion sähkömotorinen voima havaitaan myös toisiokäämissä.

Olkoon ensiökäämi kytketty vaihtovirtalähteeseen sähkömoottorivoimalla, joten siinä syntyy vaihtovirta, joka luo vaihtomagneettivuon muuntajan magneettipiiriin ? , joka on keskittynyt magneettisydämen sisään ja läpäisee kaikki ensiö- ja toisiokäämien kierrokset.

Ulkoisen kuorman puuttuessa muuntajassa vapautuva teho on lähellä nollaa, eli virran voimakkuus on lähellä nollaa. Sovella Ohmin lakia ensiöpiiriin: induktion sähkömotorisen voiman ja piirin jännitteen summa on yhtä suuri kuin virran voimakkuuden ja resistanssin tulo. Olettaen, että voimme kirjoittaa: , siis , Missä F- virtaus, joka läpäisee primäärikäämin jokaisen kierroksen. Ihanteellisessa muuntajassa kaikki voimalinjat kulkevat molempien käämien kaikkien kierrosten läpi, ja koska muuttuva magneettikenttä tuottaa saman sähkömotorisen voiman jokaisessa kierrossa, käämiin indusoituva kokonaissähkömotorinen voima on verrannollinen sen kierrosten kokonaismäärään. . Siksi,.

Jännitteen muunnossuhde on yhtä suuri kuin toisiopiirin jännitteen suhde ensiöpiirin jännitteeseen. Käämien jännitteiden amplitudiarvoille voimme kirjoittaa:

Siten muunnossuhde määritellään kierrosten lukumäärän suhteeksi toisiokäämi ensiökäämin kierrosten lukumäärään. Jos kerroin, muuntaja on step-up, ja jos - step down.

Yllä kirjoitetut suhteet ovat tiukasti sanottuna sovellettavissa vain ihanteelliseen muuntajaan, jossa ei ole magneettivuon vuotoa eikä energiahäviöitä joulen lämmölle. Nämä häviöt voivat liittyä itse käämien aktiiviseen resistanssiin ja induktiovirtojen (Foucault-virtojen) esiintymiseen ytimessä.

Toki Fuko.

Toki Fuko. Induktiovirtoja voi esiintyä myös kiinteissä kiinteissä johtimissa. Tässä tapauksessa itse johtimen paksuuteen muodostuu suljettu induktiovirtapiiri, kun se liikkuu magneettikentässä tai vaihtuvan magneettikentän vaikutuksesta. Nämä virrat on nimetty ranskalaisen fyysikon J.B.L. Foucault, joka vuonna 1855 löysi ferromagneettisten ytimien kuumenemisen sähkökoneet ja muut metallikappaleet vaihtuvassa magneettikentässä ja selittivät tämän vaikutuksen induktiovirtojen virityksellä. Näitä virtoja kutsutaan tällä hetkellä pyörrevirroiksi tai Foucault-virroiksi.

Jos rautasydän on vaihtuvassa magneettikentässä, niin induktiivisen vaikutuksen alaisena sähkökenttä indusoituvat sisäiset pyörrevirrat - Foucault-virrat, jotka johtavat sen kuumenemiseen. Koska induktion sähkömotorinen voima on aina verrannollinen magneettikentän värähtelytaajuuteen ja massiivisten johtimien resistanssi on pieni, niin korkeataajuus johtimissa Joule-Lenzin lain mukaan vapautuu suuri määrä lämpöä.

Monissa tapauksissa Foucault-virrat ovat ei-toivottuja, joten niiden vähentämiseksi on toteutettava erityistoimenpiteitä. Nämä virrat aiheuttavat erityisesti muuntajien ferromagneettisten sydänten ja sähkökoneiden metalliosien kuumenemista. Tappioiden vähentämiseksi sähköenergiaa pyörrevirtojen esiintymisen vuoksi muuntajan ytimet ei ole valmistettu kiinteästä ferromagneetin kappaleesta, vaan yksittäisistä metallilevyistä, jotka on eristetty toisistaan ​​​​dielektrisellä kerroksella.

Riisi. 6.11

Pyörrevirtoja käytetään laajalti metallien sulattamiseen ns. induktiouuneissa (kuva 6.11), metalliaihioiden kuumentamiseen ja sulattamiseen sekä erittäin puhtaiden seosten ja metalliyhdisteiden saamiseksi. Tätä varten metallityökappale asetetaan induktiouuniin (solenoidi, jonka läpi vaihtovirta johdetaan). Sitten sähkömagneettisen induktion lain mukaan metallin sisällä syntyy induktiovirtoja, jotka lämmittävät metallia ja voivat sulattaa sen. Luomalla tyhjiö uuniin ja soveltamalla levitaatiokuumennusta (tässä tapauksessa sähkömagneettisen kentän voimat eivät ainoastaan ​​lämmitä metallia, vaan myös pitävät sen ripustettuna poissa kosketuksesta kammion pintaan), saadaan erittäin puhtaita metalleja ja seoksia. .

Muunnosta varten erilaisia ​​tyyppejä energiasta sähköenergiaksi, käytetään erikoislaitteita. Yksi yksinkertaisimmista mekanismeista on DC-generaattori, jonka voi ostaa mistä tahansa sähköliikkeestä tai koota käsin.

DC-generaattori on laite, joka muuntaa mekaanisen energian sähköenergiaksi käytettäväksi edelleen ulkoisessa piirissä. lähde mekaaninen energia tässä tapauksessa mikä tahansa mekaaninen voima voi palvella: erityisen kahvan pyörittäminen, moottorin kytkeminen laitteeseen. On huomattava, että suurin osa minkä tahansa kaupungin rajojen asunnoista ja taloista toimitetaan juuri tällaisten, vain teollisten generaattoreiden avulla.

Kuva - DC-generaattori

Sähkövirtageneraattori voi toimia täysin päinvastoin. Sähköenergian käänteinen muuntaminen mekaaniseksi energiaksi tapahtuu sähkömoottorin avulla. Monet moottorit on varustettu manuaalisella (mekaanisella) käyttölaitteella, joka milloin tahansa oikea yhteys voi muuntaa energiaa ja verkkoja vastakkaiseen suuntaan.

Toimintaperiaate ja laite

DC-generaattori koostuu kahdesta pääosasta - staattorista ja roottorista. Muut yksityiskohdat:

1. Kotelo: generaattorin ulkokehys. Valmistettu usein valuraudasta tai teräksestä. Kotelo antaa mekaanisen lujuuden generaattorin (tai sähkömoottorin) koko rakenteelle. Se välittää myös napojen luoman magneettivuon;
2. magneettiset navat. Ne on kytketty runkoon ruuveilla tai pulteilla, niihin asetetaan käämi;
3. Staattori, runko tai ike on valmistettu ferromagneettisista seoksista, tähän osaan on asennettu virityskela. Sydämet on varustettu napoilla, jotka auttavat määrittämään varautuneiden hiukkasten virtauksen suunnan. Magneettikärjet muodostavat laitteen toimintaan tarvittavan magneettikentän;
4. Roottori: generaattorin ankkuri. Ydin on koottu erillisistä teräslevyistä, mikä auttaa lisäämään generaattorin tehokkuutta ja vähentämään pyörrevirtojen muodostumista. Levyjä asennettaessa muodostetaan onteloita, joihin armatuurikäämi tai itsevirityskäämi kääritään;
5. Kytkin ja harjat. Harjat on valmistettu grafiitista, kun niitä on generaattorissa vähintään kaksi. Voit selvittää harjojen määrän laskemalla navat - tämä indikaattori on identtinen.

Valokuva - pysyvä generaattorin ankkurisuunnittelu

Piirin johtimien liittämiseen käytetään kollektorilevyjä, jotka on valmistettu kuparista, joka tunnetaan erinomaisena sähköisten signaalien johtijana.

DC-generaattorin toimintaperiaate perustuu kaavaan:

Hänen mukaansa johtimen liikkuessa magneettikentässä (mikä mahdollistaa magneettisten voimalinjojen lyhenemisen), johtimeen muodostuu dynaamisesti induktio-EMF. Syntyneen EMF:n määrä voidaan antaa käyttämällä DC-generaattoriyhtälöä.

Yksi AC-muuntimen päätehtävistä on tuottaa EMF:n tasavirtaan. Syntyneen EMF:n suunta muuttuu jokaisen johtimen läpi, jonka läpi energia kulkee roottorin pyöriessä. Kytkimen avulla generaattorin lähtöön muodostuu jatkuva virta varautuneita hiukkasia. Lähtösignaali näyttää sitten tältä:

Kuva - DC-generaattorin lähtösignaali

Tyypit

On olemassa tämän tyyppisiä tasavirtageneraattoreita: itseherätetyt ja toimivat itsenäisen sisällyttämisen periaatteella (alla oleva kaavio). Herätysmenetelmät riippuvat laitteen virtalähteen tyypistä. Itseherättynyt sähkögeneraattori saa virtansa ulkoisista lähteistä, se voi olla akku tai tuuligeneraattori. Myös ulkoinen järjestelmä magnetointi toteutetaan usein magneeteilla (pääasiassa pienitehoisissa laitteissa, jopa useita kymmeniä watteja).

Valokuva - kaavio generaattorista itsenäisellä kytkennällä

Itsenäisen generaattorin viritys tapahtuu laitteen käämistä tulevan virtalähteen ansiosta. Nämä laitteet on myös jaettu tyyppeihin:

1. Shuntti tai rinnakkaisherätys;
2. Peräkkäinen.

Ensimmäiset erottuvat ankkurikäämin rinnakkaisliitännästä herätekäämin kanssa, jälkimmäiset vastaavasti, sarjaliitäntä nämä yksityiskohdat.

ankkurireaktio

Tämä on melko yleinen ilmiö generaattorin ollessa joutokäynnillä. Sille on ominaista staattorin ja roottorin aiheuttamien magneettikenttien päällekkäisyys, mikä vähentää jännitettä ja vähentää magneettikenttää. Tämän seurauksena laitteen sähkömotorinen voima laskee, havaitaan toimintakatkoksia, synkroninen generaattori voi jopa ylikuumentua tai syttyä tuleen harjojen väärästä kitkasta syntyvien kipinöiden takia.

Valokuva - generaattoripylväät

Tämän virheen avulla voit tehdä seuraavan:

1. Kompensoi magneettikenttä lisänapoilla. Tämä auttaa selviytymään tämän ominaisuuden laskusta tietyissä piirin kohdissa;
2. Usein korjaus suoritetaan yksinkertaisesti siirtämällä kommutaattorin harjoja.

Tarkoitus

Toisin kuin vaihtovirtageneraattorit, laitteet, joissa pysyvä tyyppi sähkö tarvitsee keskeytymättömän virtalähteen, joka ohjaa jatkuvasti tasavirtaa ankkurikäämiin. Tämän vuoksi tällaisten laitteiden laajuus on melko pitkälle erikoistunut, ja tällä hetkellä niitä käytetään harvoin missään.

Valokuva - generaattorin toimintaperiaate

Niitä käytetään usein sähköajoneuvojen voimanlähteenä kaupungeissa. Tasavirtageneraattoreita käytetään myös sähköautojen, moottoripyörien ohjaamiseen tai laivojen virittimiin tai hitsausinverttereinä. Niitä käytetään hidaskäyntisinä moottoreina tuulimyllyissä.

Diesel-DC-generaattoria voidaan käyttää voimakkaiden teollisuuskoneiden (vetotraktori, harvesteri jne.) sähkömoottorina ja takogeneraattorina. Samaan aikaan traktorin ohjaamiseen tarvitaan tehokas yksikkö, jolla on tekniset tiedot eivät ole huonompia kuin 300 - 400 kW indikaattorit. Samaan aikaan diesel voi myös korvata kaasun.

Valokuva - auton generaattorilaite

DC-generaattorilla on seuraavat ominaisuudet (laskennassa n=const):

1. Tyhjäkäynti E \u003d f (iv)
2. Kaava varten peräkkäinen herätys U=f(I)
3. Rinnakkaisherätys U=f(I)

Tutkimus osoittaa, että ominaisuudet voidaan laskea n=0 perusteella.

Normaalit indikaattorit löytyvät instrumentin passista, ja ne poikkeavat usein useita prosentteja (mahdollinen virhe ilmoitetaan myös generaattorin ohjeissa). Kotitekoisia generaattoreita voi olla erinomainen suoritus esitetyistä voit valita tarvittavat tiedot hakuteosten avulla. Voit tarkistaa ne mittaamalla käytettävissä olevat parametrit eri tavoilla generaattorin tyypistä riippuen.

DC-generaattorin edut:

1. Toisin kuin muuttuvatyyppinen laite, se ei menetä energiaa hystereesissä eikä pyörrevirroissa;
2. Voi toimia äärimmäisissä olosuhteissa;
3. Suhteellisen kevyt ja pieni muotoilu;

Tällaisella laitteella on myös haittoja. Tärkein niistä on ulkoisen virtalähteen tarve. Mutta joskus tätä ominaisuutta käytetään sähkökoneen säätimenä.

Voit ostaa DC-generaattoreita verkkokaupoista, tuontisivustoilta sekä tehtailta ja markkinoilta. Myynti tehdään myös käsin, mutta emme suosittele käytettyjen käyttöä sähkölaitteet. Hinta riippuu laitteen käyttötarkoituksesta ja tehosta. 4GPEM:n hinta vaihtelee 30 000 ruplan sisällä ja PM-45:n hinta 60 000. Ostettaessa on esitettävä teos.