Generator vekselstrøm- hva det er? Dette er en elektrisk maskin som konverterer energien fra mekanisk interaksjon til elektrisitet. Hvordan virker det? Loven om elektromagnetisk induksjon er grunnleggende for driftsprinsippene til en enhet som en vekselstrømgenerator. Som kjent fra elektromagnetismens lover, kan elektromotorisk kraft (EMF) bare induseres (skapes) i flere tilfeller: når parametrene til den magnetiske fluksen rundt selve lederen endres eller når lederen beveger seg i magnetiske felt. Et magnetfelt er et materiell medium som utelukkende kan detekteres empirisk ( empirisk). Det vil si å identifisere tilstedeværelsen eller fraværet av et slikt kraftfelt i sitt område mulig handling det er nødvendig å introdusere en leder med strøm eller et magnetisert legeme.

Generatoregenskaper

I en enhet som en dynamo, er hoveddelen okkupert av en elektromagnet. Den består av en ferrimagnetisk kjerne og spole og er designet for å generere magnetisk fluks. Det er et sett med grunnleggende krav som gjelder for slike maskiner: et rotasjonsområde fra 50 til 12 000 rpm, bredest mulig effektområde (fra flere watt til hundrevis av megawatt), minimal vekt og dimensjoner, høy pålitelighet og ytelse.

Trefase generator

Vanligvis er en slik maskin synkron. Hovedoppgaven er å konvertere alle typer energi til elektrisitet. Tradisjonelt er dette mekanisk energi. Hvorfor kalles en dynamo synkron? Dette er en børsteløs maskin hvor rotasjonshastigheten er konstant og ved en gitt frekvens bestemmes av antall poler. Vekselstrømsgeneratoren har blitt ekstremt utbredt i produksjon og i jernbanetransport. Det er takket være den synkrone rotasjonen at den brukes på kjøleseksjoner og diesellokomotiver.

Vekselstrømgenerator: enhet og grunnleggende prinsipper for drift

Hvis du roterer rotoren og induktoren, vil en emf begynne å bli indusert i statorviklingene. Det er dette fenomenet som er grunnlaget for driften av både trefase- og enfasemaskiner. På grunn av deres utbredte bruk i diesellokomotiver, kan drivkraften i slike trekksynkrongeneratorer til og med være en dieselmotor (forbrenningsmotor). Den faste delen av en dynamo er statoren, som består av en kjerne og et hus.

En vikling er satt inn i statorsporene, takket være hvilken en EMF induseres. Kjernen er laget av komprimerte plater av spesialstål. Rotoren er akselen som generatorpolkjernene er festet på. Det er sterke og svakt uttrykte poler. Viklingen er laget av kobbertråder, vanligvis rundt eller rektangulært i tverrsnitt. Endene av viklingen føres ut til sleperingene. Ved hjelp av børster montert i børsteholdere, som presses mot kontaktflatene av fjærer, gjennomføres strømoppsamling. Gitt den enkle designen, er det fullt mulig å lage en vekselstrømgenerator med egne hender. Driftsprinsippet er ekstremt enkelt. Rotoren roterer ved hjelp av en motor. Det magnetiske feltet til rotoren roterer med det. Det er på dette prinsippet at en vekselstrømgenerator fungerer.

Historie

Systemer som produserer vekselstrøm har vært kjent i enkle former siden oppdagelsen av magnetisk induksjon av elektrisk strøm. Tidlige maskiner ble utviklet av pionerer som Michael Faraday og Hippolyte Pixie.

Faraday utviklet en "roterende trekant" hvis handling var multipolar- hver aktive leder ble ført sekvensielt gjennom et område der magnetfeltet var i motsatte retninger. Den første offentlige demonstrasjonen av det kraftigste "generatorsystemet" fant sted i 1886. En stor tofaset vekselstrømgenerator ble bygget av den britiske elektrikeren James Edward Henry Gordon i 1882. Lord Kelvin og Sebastian Ferranti utviklet også en tidlig dynamo som produserte frekvenser mellom 100 og 300 hertz. I 1891 patenterte Nikola Tesla en praktisk "høyfrekvent" dynamo (som opererte med en frekvens på rundt 15 000 hertz). Etter 1891 ble flerfasegeneratorer introdusert.

Prinsippet for drift av generatoren er basert på virkningen av elektromagnetisk induksjon - forekomsten av elektrisk spenning i statorviklingen plassert i et vekslende magnetfelt. Den er opprettet ved hjelp av en roterende elektromagnet - rotor når likestrøm passerer gjennom viklingen. Vekselspenningen konverteres til likespenning av en halvlederlikeretter.

Bil generator

Bil dynamo. Drivremmen er fjernet.

Generatoren brukes i moderne biler for å lade batteriet og for å levere strøm til bilens elektriske system. Generatorer bruker ikke kommutator, dette gir en stor fordel fremfor generatorer likestrøm: De er enklere, lettere og billigere. Bilgeneratorer bruker et sett med likerettere (diodebro) for å konvertere vekselstrøm til likestrøm. For å produsere lav rippel likestrøm, bilgeneratorer AC har trefase vikling og en trefase likeretter.

Moderne bilgeneratorer har en spenningsregulator innebygd. Tidligere ble det kun installert analoge spenningsregulatorer. For øyeblikket har reléregulatorer gått over til en digital kanal, den såkalte CAN-bussen.

Marine dynamoer

Marine vekselstrømsgeneratorer i yachter med passende tilpasning til saltvannsmiljøer.

Børsteløse generatorer

En børsteløs generator består av to generatorer på en aksel. Små børsteløse generatorer kan se ut som én enhet, men de to delene er lett å identifisere på store generatorer. Den største delen av de to er hovedgeneratoren og den mindre delen er exciteren. Eksiteren har stasjonære feltspoler og et roterende anker (power coils). Hovedgeneratoren bruker motsatte roterende feltkonfigurasjoner og stasjonære spoler. Brolikeretteren (roterende likeretter) er montert på en plate festet til rotoren. Ingen børster eller sleperinger brukes, noe som reduserer antall slitedeler.

Induksjonsgenerator

I motsetning til andre generatorer er driften av en induksjonsgenerator ikke basert på et roterende magnetfelt, men på et pulserende, med andre ord endres feltet ikke som en funksjon av forskyvning, men som en funksjon av tid, som til slutt (induksjon) av EMF) gir samme resultat.

Utformingen av induksjonsgeneratorer innebærer plassering av både et konstant felt og spoler for å indusere EMF på statoren, mens rotoren forblir fri for viklinger, men må ha en tannform, siden hele driften av generatoren er basert på tannharmoniene av rotoren.

Generatorer for liten energi

For effekter opp til 100 kW bred applikasjon funnet en- og trefasegeneratorer med eksitasjon fra permanente magneter. Bruken av høyenergi-permanentmagneter av neodym-jern-bor-sammensetningen gjorde det mulig å forenkle designet og betydelig redusere størrelsen og vekten på generatorer, noe som er kritisk for småskala vindenergi.

Generator design

I selve generell sak, den mest brukte trefasevekselstrømgeneratoren består av en fremtredende polrotor med ett par poler (laveffekt høyhastighetsgeneratorer) eller 2 par av dem, anordnet på tvers (de vanligste generatorene med styrker opptil flere hundre kilowatt. Denne utformingen gir ikke bare mulighet for mer effektiv bruk av materialet, men gir også en industriell AC-frekvens på 50 Hz en driftsrotorhastighet på 1500 rpm, noe som stemmer godt overens med trekkraften til dieselmotorer med denne effekten ), samt en stator med 3 (i det første tilfellet) eller 6 (i det andre) kraftviklinger og poler. Spenningen fra kraftviklingene er den som leveres til forbrukeren.

Rotoren kan kun lages med permanentmagneter for generatorer med svært lav effekt, i alle andre tilfeller har den en såkalt vikling. eksitasjonsvikling, det vil si at det er en likestrømselektromagnet, drevet i en roterende rotor gjennom en børste-kommutatorenhet med enkle ringkontakter som er mer motstandsdyktige mot slitasje enn den delte lamellkommutatoren til DC-maskiner.

I enhver kraftig vekselstrømgenerator med en eksitasjonsvikling på rotoren, oppstår spørsmålet uunngåelig - hvilken størrelse på eksitasjonsstrømmen skal tilføres spolen? Tross alt avhenger utgangsspenningen til en slik generator av dette. Og denne spenningen må opprettholdes innenfor visse grenser, for eksempel 380 volt, uavhengig av strømmen i forbrukerkretsen, en betydelig verdi som også kan redusere utgangsspenningen til generatoren betydelig. I tillegg kan belastningen på tvers av faser generelt være svært ujevn.

Dette problemet løses i moderne generatorer, som regel ved å introdusere elektromagnetiske strømtransformatorer i utgangskretsene til generatorfasene, forbundet med sekundære viklinger i en trekant eller stjerne, og ved utgangen produsere en vekselstrømsspenning med en amplitude på en - titalls volt, strengt proporsjonal og fasetilpasset verdien av belastningsstrømmen til fasegeneratoren - jo større den nåværende forbrukte strømmen i en gitt fase, desto større er spenningen ved utgangen av den tilsvarende fasen til den tilsvarende strømtransformator. Dette oppnår en stabiliserende og autoregulerende effekt. Alle tre kontrollfaser fra sekundærviklingene til strømtransformatorene kobles så til en konvensjonell 3-fase likeretter på 6 halvlederdioder, og ved dens utgang oppnås en likestrøm av den nødvendige størrelsen, og den tilføres til rotorens eksitasjonsvikling gjennom børste-kommutatorsammenstillingen. Kretsen kan suppleres med en reostatenhet for en viss frihet til å regulere eksitasjonsstrømmen.

I utdaterte eller laveffektsgeneratorer, i stedet for strømtransformatorer, ble det brukt et system med kraftige reostater, med isolasjon av driftseksitasjonsstrømmen ved å endre spenningsfallet over motstanden når strømmen gjennom den endres. Disse ordningene var mindre nøyaktige og mye mindre økonomiske.

I begge tilfeller er det problemet med utseendet til en startspenning på strømviklingene til generatoren i det øyeblikket den begynner å fungere - faktisk, hvis det ikke er noen eksitasjon ennå, så strømmen i sekundærviklingene til strømtransformatorene har ingen steder å komme fra. Problemet er imidlertid løst ved at jernet i rotoråket har en viss evne til gjenværende magnetisering, viser denne gjenværende magnetiseringen seg å være tilstrekkelig til å eksitere en spenning på flere volt i kraftviklingene, tilstrekkelig til å selveksitere generatoren og nå driftskarakteristikkene.

I selveksiterte generatorer utgjøres en alvorlig fare ved utilsiktet tilførsel av ekstern spenning fra et industrielt elektrisk nettverk til statorstrømviklingene. Selv om dette ikke fører til noen negative konsekvenser for selve generatorviklingene, demagnetiserer det kraftige vekslende magnetiske feltet fra det eksterne nettverket statoren effektivt, som et resultat av at generatoren mister evnen til å eksitere seg selv. I dette tilfellet kreves en initial tilførsel av eksitasjonsspenning fra en ekstern kilde, f.eks. bilbatteri, noen ganger kurerer en slik prosedyre statoren fullstendig, men i noen tilfeller forblir behovet for ekstern eksitasjon for alltid.

Hovedgenerator

Hovedgeneratoren består av en roterende magnetfelt, som nevnt tidligere, og faste beslag (generatorviklinger)

Hybridbiler

se også

Linker

• Generatorer. Integrert publisering (TPub.com).
• Lav-RPM Generator av tre. ForceField, Fort Collins, Colorado, USA.

En synkrongenerator er en vekselstrømsmaskin (mekanisme) som omdanner en viss type energi til elektrisitet. Slike enheter inkluderer elektrostatiske maskiner, galvaniske celler, solcellepaneler, termopiler, etc. Bruken av hver type av de oppførte enhetene bestemmes av deres tekniske egenskaper.

Bruksområde

Synkrone enheter brukes som kilder til vekselstrøm: de brukes ved kraftige termiske, vann- og kjernekraftverk, ved mobile kraftstasjoner og transportsystemer (biler, fly, diesellokomotiver). En synkron enhet er i stand til å operere autonomt - som en generator som driver enhver belastning koblet til den, eller parallelt med nettverket - andre generatorer er koblet til den.

En synkron enhet kan slå på enheter på steder der det ikke er sentral strømforsyning elektriske nettverk. Disse enhetene kan brukes på gårder som ligger langt fra befolkede områder.

Beskrivelse av enheten

Utformingen av en synkron generator bestemmes av tilstedeværelsen av slike elementer som:

• En rotor, eller induktor (beveger seg, roterer), som eksitasjonsviklingen går inn i.
• En armatur, eller stator (ubevegelig), som viklingen er koblet til.
• Enhetsvikling.
• Statorspolebryter.
• Likeretter.
• Flere kabler.
• Elektrisk blandingsstruktur.
• Sveisemaskin.
• Rotorspole.
• Regulert konstant strømforsyning.

Synkrongenerator fungerer som generatorer og motorer. Den kan gå fra generatorens driftsplan til motorens driftsplan - dette avhenger av handlingen til enhetens rotasjons- eller bremsekraft. I generatorgrafen kommer mekanisk energi inn og elektrisk energi kommer ut. I motorgrafikk kommer elektrisk energi inn og mekanisk energi kommer ut.

Enheten er koblet til vekselstrømkretsen forskjellige typer ikke-lineære motstander. Synkronenheter er vekselstrømsgeneratorer i kraftverk, og synkronmotorer brukes når det trengs en motor som opererer med konstant rotasjonsfrekvens.

Driftsprinsipp for enheten

Driften av en synkron generator utføres på prinsippet om elektromagnetisk induksjon. Under tomgangsbevegelse er anker (stator) spolen åpen, slik at magnetfeltet til enheten dannes av en rotorvikling. Når rotoren roterer fra en trådmotor, har den en konstant frekvens, rotorens magnetiske felt beveger seg gjennom lederne til statorfaseviklingene og induserer gjentatte vekselstrømmer - elektromotorisk kraft (EMF). EMF er sinusformet, ikke-sinusformet eller pulserende.

Eksitasjonsviklingen er utformet for å skape et innledende magnetfelt i generatoren for å indusere en elektrisk drivkraft inn i armaturspolen. Hvis ankeret til en synkron generator drives av rotasjon med en viss hastighet, deretter begeistret av en kilde til likestrøm, passerer eksitasjonsstrømmen gjennom lederne til statorspolene, og alternerende EMF-er induseres i spolens faser.

Tre-fase enhet

Trefase synkron generator- en enhet med en trefaset vekselstrømstruktur, som har en enorm praktisk distribusjon. En roterende elektromagnet er i stand til å generere en magnetisk fluks (vekslende), som beveger seg gjennom de tre fasene til den eksisterende statorviklingen. Og resultatet av dette er at en vekslende EMF med samme frekvens oppstår i fasene, faseforskyvningen skjer i en vinkel lik en tredjedel av rotasjonsperioden til magnetfeltene.

En trefaset synkrongenerator er utstyrt slik at ankeret på akselen er en elektromagnet og drives av generatoren. Når akselen roterer, for eksempel fra en turbin, leverer generatoren elektrisk strøm, mens rotorviklingen mates av den tilførte strømmen. Fra dette blir ankeret en elektrisk magnet og, roterende med samme aksel, leverer et roterende elektromagnetisk felt.

Synkrone trefasede hydro- og turbogeneratorer produserer mesteparten av elektrisiteten. Synkrone enheter brukes også som elektriske motorer i enheter med en effekt over 50 kW. Under drift av en synkron enhet i motorplanen er rotoren selv koblet til en kilde til likestrøm, og statoren er koblet til en trefasekabel.

Eksitasjonsstrukturer

Enhver turbo, hydro, diesel generatorer,Synkrone kompensatorer, motorer som produseres i dag er utstyrt med de nyeste halvlederstrukturene, for eksempel eksitering av synkrone generatorer. Disse strukturene bruker metoden for å likerette trefasevekselstrømmer av høy- eller industrielle frekvensgeneratorer eller spenningen til den eksiterte enheten.

Utformingen av generatoren er slik at eksitasjonsstrukturene kan gi slike driftsparametre for enheten som:

• Den første fasen av spenning, det vil si den innledende fasen.
• Ledig arbeid.
• Koble til nettverket ved hjelp av presis synkronisering eller selvsynkronisering.
• Arbeid i energistrukturen med eksisterende belastninger eller overbelastninger.
• Eksiteringen av synkrone enheter kan tvinges i henhold til kriterier som spenning og strøm med en gitt multiplisitet.
• Elektrisk bremsing av enheten.

Generator design

For øyeblikket produseres mange typer induksjonsenheter, men generatorenheten er designet på en slik måte at de inneholder de samme delene:

• En elektromagnet eller permanent magnet som produserer et magnetfelt.
• Vikling med indusert variabel EMF.

For å oppnå den høyeste magnetiske fluksen bruker alle generatorer en spesiell magnetisk struktur, som består av to stålkjerner.

Viklingene som skaper et magnetfelt er installert i sporene til en av kjernene, og viklingene indusert av EMF er installert i sporene til den andre. En av kjernene - den indre - samhandler med viklingen og roterer rundt en horisontal eller vertikal stang. En slik stang kalles en rotor. Den ubevegelige kjernen med vikling kalles en armatur (stator).

Enhetsegenskaper

For å evaluere funksjonen til synkrongeneratorer brukes de samme egenskapene som de som brukes i likestrømsgeneratorer. Bare noen forhold avviker og er supplert.

Hovedegenskapene til en synkron generator er:

• Tomgang er EMF-avhengighet enhet fra eksitasjonsstrømmer, samtidig er det en indikator på magnetiseringen av de magnetiske kretsene til maskinen.
• En ekstern karakteristikk er enhetens spennings avhengighet av laststrømmene. Spenningen til enheten endres forskjellig avhengig av økningen i belastningen for de forskjellige typene. Årsakene som forårsaker slike endringer er følgende:

1. Spenningsfall over den induktive og aktive motstanden til enhetens viklinger. Den øker når belastningen på enheten, det vil si dens strøm, øker.
2. Endring i enhetens emf. Oppstår avhengig av statorens reaksjon. Ved aktive belastninger vil en spenningsreduksjon være forårsaket av et spenningsfall i alle viklinger, fordi statorreaksjonen medfører en økning i generatorens emk. For aktiv-kapasitive belastningstyper forårsaker magnetiseringseffekten en økning i strømspenningsverdien sammenlignet med den nominelle verdien.

• Kontrollkarakteristikkene til en synkrongenerator er avhengigheten av eksitasjonsstrømmene av laststrømmene. Under driften av synkrone enheter er det nødvendig å opprettholde en konstant spenning på terminalene deres, uavhengig av belastningens art og størrelse. Dette er enkelt å oppnå hvis du regulerer generatorens EMF. Dette kan gjøres ved å endre eksitasjonsstrømmene automatisk avhengig av endringer i belastninger, det vil si når aktiv-kapasitiv belastning det er nødvendig å redusere eksitasjonsstrømmen for å opprettholde DC spenning, og med aktiv-induktiv og aktiv - økning.

Effekten til en synkrongenerator bestemmes av følgende verdier:

• Passende spenning i det elektriske nettet.
• Dens EMF.
• Målevinkel.

AC apparat

En synkron vekselstrømgenerator er en elektrisk maskin som konverterer mekanisk rotasjonsenergi til elektrisk energi av vekselstrøm. Kraftige generatorer av slike strømmer er installert:

• hydrogenerator turbogenerator - ved kraftverk;
• AC-enheter med relativt lav effekt - i autonome strømforsyningssystemer (gassturbinkraftverk, dieselkraftverk) og i frekvensomformere(motor-generator).

For tiden produseres mange typer slike enheter, men de har alle generell enhet hovedelementer:

• armatur (stator) - stasjonær;
• rotor som roterer rundt en akse.

I store industrielle generatorer roterer en elektromagnet, som er en rotor. Samtidig forblir viklingene med indusert EMF, plassert i statorslissene, stasjonære.

I enheter som en synkrongenerator med lav effekt, skapes magnetfeltet av en roterende permanentmagnet.

Typer synkrone enheter

Det finnes følgende typer synkrongeneratorer:

1. Hydro - i den har rotoren en forskjell på grunn av tilstedeværelsen av uttalte poler, brukes til produksjon av elektrisitet og opererer med lave hastigheter.
2. Turbo - skiller seg i den ikke-fremtredende polstrukturen til generatoren, produsert fra turbiner forskjellige typer, er rotasjonshastigheten ganske høy, og når omtrent 6000 rpm.
3. Synkron kompensator - denne enheten leverer reaktiv effekt og brukes til å forbedre kvaliteten på elektrisitet for å stabilisere spenningen.
4. Dobbel effekt asynkron enhet - enheten til denne typen generator er at den kobler både rotor- og statorviklinger fra leverandøren av strømmer med forskjellige frekvenser. En asynkron arbeidsplan opprettes. Den utmerker seg også ved sin stabile driftsplan og det faktum at den konverterer forskjellige fasestrømmer og brukes til å løse problemer med en smal spesialisering.
5. Bipolar slagenhet - fungerer i en kortslutningsplan, virker kort, i millisekunder. Tester også høyspentenheter.

Typer enheter

Den synkrone generatoren (motoren) er delt inn i flere modeller, som er designet for forskjellige formål:

• Stepper (puls) - brukes til stasjoner av mekanismer med start-stopp-driftssyklus eller kontinuerlige bevegelsesenheter med et pulskontrollsignal (tellere, båndstasjoner, CNC-maskiner, etc.).
• Gearless - for bruk i autonome systemer.
• Berøringsfri - brukes til å operere som kraftverk på sjø- og elveflåte.
• Hysterese - brukes til tidstellere, i treghetselektriske stasjoner, i automatiske kontrollsystemer;
• Induksjonsmotorer - for forsyning av elektriske installasjoner.

Separasjon etter rotortype

I henhold til typen rotorenhet er generatorenheten delt inn i:

• Fremtredende stolpe - med utstående eller utpregede stolper. Disse rotorene brukes i stillegående generatorer hvis rotasjonshastighet ikke overstiger 1000 rpm.
• En ikke-fremspringende pol er en sylinderformet rotor som ikke har noen fremtredende poler. Disse armaturene kommer i to-polet og fire-polet typer.

I det første tilfellet består rotoren av et tverrstykke som polkjernene eller feltviklingene er festet på. For det andre høyhastighetsenheter med en hastighet på 1500 eller 3000. Rotoren er laget i form av en sylinder av ganske høykvalitets stål med spor, en eksitasjonsvikling er installert i dem, bestående av individuelle viklinger med forskjellige bredder.

Induksjon vekselstrøm generator. I induksjonsgeneratorer omdannes mekanisk energi til elektrisk energi. En induksjonsgenerator består av to deler: en bevegelig, som kalles en rotor, og en stasjonær, som kalles en stator. Driften av generatoren er basert på fenomenet elektromagnetisk induksjon. Induksjonsgeneratorer har en relativt enkel design og gjør det mulig å oppnå store strømmer ved tilstrekkelig høy spenning. Det finnes mange typer induksjonsgeneratorer tilgjengelig i dag, men de består alle av de samme grunnleggende delene. Dette er for det første en elektromagnet eller permanent magnet som skaper et magnetfelt, og for det andre en vikling som består av seriekoblede svinger der en variabel induseres elektromotorisk kraft. Siden de elektromotoriske kreftene indusert i seriekoblede svinger summerer seg, er amplituden til den elektromotoriske induksjonskraften i viklingen proporsjonal med antall vindinger i den.

Ris. 6.9

Antall kraftlinjer som gjennomborer hver sving varierer kontinuerlig fra en maksimal verdi når den er plassert på tvers av feltet til null når strømledninger skyv langs spolen. Som et resultat, når spolen roterer mellom polene til magneten, endres hver halvomdreining retningen til strømmen til motsatt, og en vekselstrøm vises i spolen. Strøm avledes til den eksterne kretsen ved hjelp av skyvekontakter. For dette formål er sleperingene festet til viklingsaksen og festet til endene av viklingen. Faste plater - børster - presses mot ringene og kobler viklingen til den eksterne kretsen (fig. 6.9).

La en trådspole rotere i et jevnt magnetfelt med konstant vinkelhastighet. Den magnetiske fluksen som trenger inn i spolen endres i henhold til loven, her S– spoleområdet. I følge Faradays lov induseres en elektromotorisk induksjonskraft i viklingen, som er definert som følger:

Hvor N– antall omdreininger i viklingen. Dermed endres den elektromotoriske induksjonskraften i viklingen i henhold til en sinusformet lov og er proporsjonal med antall omdreininger i viklingen og rotasjonsfrekvensen.

I et forsøk med en roterende vikling er statoren en magnet og kontakter som viklingen er plassert mellom. I store industrielle generatorer roterer en elektromagnet, som er rotoren, mens viklingene, der den elektromotoriske kraften induseres, plasseres i sporene på statoren og forblir stasjonære. I termiske kraftverk brukes dampturbiner for å rotere rotoren. Turbinene på sin side drives av vanndampstråler produsert i enorme dampkjeler ved å brenne kull eller gass (termiske kraftverk) eller av råtnende stoffer (atomkraftverk). Vannkraftverk bruker vannturbiner for å snu rotoren, som roteres av vann som faller fra stor høyde.

Elektriske generatorer spiller en viktig rolle i utviklingen av vår teknologiske sivilisasjon, siden de lar oss motta energi på ett sted og bruke den på et annet. En dampmaskin kan for eksempel konvertere energien fra kullforbrenning til nyttig arbeid, men denne energien kan bare brukes der det er installert kullbrennkammer og dampkjele. Et kraftverk kan ligge svært langt fra strømforbrukere – og likevel forsyne fabrikker, hus osv. med det.

Historien forteller (mest sannsynlig, dette er bare et vakkert eventyr) at Faraday viste en prototype av en elektrisk generator til John Peel, den britiske finansministeren, og han spurte forskeren: «Ok, Mr. Faraday, alt dette er veldig interessant, men hva er nytten med det hele?»

"Hva er poenget? – Faraday ble angivelig overrasket. "Vet du, sir, hvor mye skatt denne tingen vil bringe til statskassen over tid?!"

Transformator.

Transformator. Den elektromotoriske kraften til kraftige generatorer ved kraftverk er stor, men praktisk bruk av elektrisitet krever ofte lite høyspenning, og energioverføringen er tvert imot veldig høy.

For å redusere tap på grunn av oppvarming av ledninger, er det nødvendig å redusere strømmen i overføringslinjen, og derfor øke spenningen for å opprettholde kraften. Spenningen produsert av generatorene (vanligvis rundt 20 kV) økes til 75 kV, 500 kV og til og med 1,15 MV, avhengig av lengden på overføringslinjen. Ved å øke spenningen fra 20 til 500 kV, det vil si 25 ganger, reduseres linjetapene med 625 ganger.

Konverteringen av vekselstrøm av en viss frekvens, hvor spenningen øker eller reduseres flere ganger uten praktisk talt tap av kraft, utføres av en elektromagnetisk enhet som ikke har bevegelige deler - en elektrisk transformator. En transformator er et viktig element i mange elektriske enheter og mekanismer. Ladere og leker jernbaner, radioer og fjernsyn - transformatorer fungerer overalt, og senker eller øker spenningen. Blant dem er det både veldig små, ikke større enn en ert, og ekte kolosser som veier hundrevis av tonn eller mer.

Ris. 6.10

Transformatoren består av en magnetisk kjerne, som er et sett med plater som vanligvis er laget av ferromagnetisk materiale (fig. 6.10). Det er to viklinger på den magnetiske kretsen - primær og sekundær. Det av viklingene som er koblet til kilden AC spenning, kalles primær, og den som "lasten" er koblet til, det vil si enheter som forbruker strøm, kalles sekundær. Ferromagneten øker antallet magnetfeltlinjer med omtrent 10 000 ganger og lokaliserer fluksen av magnetisk induksjon i seg selv, slik at transformatorviklingene kan separeres romlig og fortsatt forbli induktivt koblet.

Driften av en transformator er basert på fenomenene gjensidig induksjon og selvinduksjon. Induksjonen mellom primær- og sekundærviklingen er resiprok, det vil si at strømmen som flyter i sekundærviklingen induserer en elektromotorisk kraft i primærviklingen, akkurat som primærviklingen induserer en elektromotorisk kraft i sekundærviklingen. Dessuten, siden svingene primærvikling dekker deres egne kraftlinjer, oppstår den elektromotoriske kraften til selvinduksjon i dem. Den elektromotoriske kraften til selvinduksjon observeres også i sekundærviklingen.

La primærviklingen kobles til en vekselstrømkilde med en elektromotorisk kraft, slik at det oppstår en vekselstrøm i den, og skaper en vekslende magnetisk fluks i den magnetiske kjernen til transformatoren ? , som er konsentrert inne i den magnetiske kjernen og trenger gjennom alle svingene til primær- og sekundærviklingene.

I fravær av en ekstern belastning er kraften som frigjøres i transformatoren nær null, det vil si at strømstyrken er nær null. La oss bruke Ohms lov på primærkretsen: summen av den elektromotoriske kraften av induksjon og spenning i kretsen er lik produktet av strømmen og motstanden. Forutsatt at vi kan skrive: derfor, , Hvor F– fluksen som gjennomsyrer hver omdreining av primærspolen. I en ideell transformator går alle kraftlinjene gjennom alle svingene til begge viklingene, og siden det skiftende magnetiske feltet produserer den samme elektromotoriske kraften i hver sving, er den totale elektromotoriske kraften indusert i viklingen proporsjonal med det totale antallet av dens vikling. svinger. Derfor,.

Ser lik forholdet mellom spenningen i sekundærkretsen og spenningen i primærkretsen. For amplitudeverdiene til spenningene på viklingene kan vi skrive:

Dermed er transformasjonsforholdet definert som forholdet mellom antall omdreininger sekundærvikling til antall omdreininger til primærviklingen. Hvis koeffisienten er , vil transformatoren være en opptrappingstransformator, og hvis det er en nedtrappingstransformator.

Relasjonene som er skrevet ovenfor, gjelder strengt tatt bare for en ideell transformator der det ikke er noen magnetisk fluksspredning og ingen energitap på grunn av Joule-varme. Disse tapene kan være assosiert med tilstedeværelsen av aktiv motstand av selve viklingene og forekomsten av induksjonsstrømmer (Foucault-strømmer) i kjernen.

Toki Fuko.

Toki Fuko. Induksjonsstrømmer kan også oppstå i massive massive ledere. I dette tilfellet dannes en lukket krets av induksjonsstrøm i tykkelsen på selve lederen når den beveger seg i et magnetfelt eller under påvirkning av et vekslende magnetfelt. Disse strømmene er oppkalt etter den franske fysikeren J.B.L. Foucault, som i 1855 oppdaget oppvarming av ferromagnetiske kjerner elektriske maskiner og andre metalliske legemer i et vekslende magnetfelt og forklarte denne effekten ved eksitering av induserte strømmer. Disse strømmene kalles nå virvelstrømmer eller Foucault-strømmer.

Hvis jernkjernen er i et vekslende magnetfelt, så under påvirkning av induksjon elektrisk felt interne virvelstrømmer induseres - Foucault-strømmer, som fører til oppvarming. Siden den elektromotoriske induksjonskraften alltid er proporsjonal med oscillasjonsfrekvensen til magnetfeltet, og motstanden til massive ledere er liten, så når høy frekvens i lederne vil det i henhold til Joule-Lenz-loven frigjøres en stor mengde varme.

I mange tilfeller er Foucault-strømmer uønsket, så det må tas spesielle tiltak for å redusere dem. Spesielt forårsaker disse strømmene oppvarming av de ferromagnetiske kjernene til transformatorer og metalldeler i elektriske maskiner. For å redusere tap elektrisk energi På grunn av forekomsten av virvelstrømmer, er transformatorkjerner ikke laget av et solid stykke ferromagnet, men fra separate metallplater isolert fra hverandre av et dielektrisk lag.

Ris. 6.11

Virvelstrømmer er mye brukt til smelting av metaller i såkalte induksjonsovner (fig. 6.11), til oppvarming og smelting av metallarbeidsstykker, og til fremstilling av spesielt rene legeringer og metallforbindelser. For å gjøre dette plasseres metallarbeidsstykket i en induksjonsovn (en solenoid gjennom hvilken vekselstrøm føres). Da oppstår det i henhold til loven om elektromagnetisk induksjon induksjonsstrømmer inne i metallet, som varmer opp metallet og kan smelte det. Ved å skape et vakuum i ovnen og bruke levitasjonsoppvarming (i dette tilfellet oppvarmer kreftene til det elektromagnetiske feltet ikke bare metallet, men holder det også suspendert uten kontakt med overflaten av kammeret), spesielt rene metaller og legeringer oppnådd.

Å konvertere forskjellige typer energi til elektrisk energi, spesielle enheter brukes. En av de enkleste mekanismene er en likestrømsgenerator, som kan kjøpes i enhver elektrisk varebutikk eller settes sammen med egne hender.

En DC-generator er en enhet som konverterer mekanisk energi til elektrisk energi for videre bruk i en ekstern krets. Kilde mekanisk energi i dette tilfellet kan enhver mekanisk kraft tjene: rotere et spesielt håndtak, koble en motor til enheten. Det skal bemerkes at det overveldende flertallet av leiligheter og hus i enhver by er forsynt med hjelp av nettopp slike generatorer, bare av den industrielle typen.

Foto – DC generator

En elektrisk strømgenerator kan virke helt motsatt. Omvendt konvertering av elektrisk energi til mekanisk energi utføres ved hjelp av en elektrisk motor. Mange motorer er utstyrt med en manuell (mekanisk) drift, som når riktig tilkobling kan transformere energi og nettverk i motsatt retning.

Driftsprinsipp og enhet

En DC-generator består av to hoveddeler - statoren og rotoren. Andre detaljer:

1. Hus: ytre ramme på generatoren. Ofte laget av støpejern eller stål. Huset gir mekanisk styrke til hele generatorstrukturen (eller elektrisk motor). Den overfører også den magnetiske fluksen generert av polene;
2. Magnetiske stolper. De er koblet til huset ved hjelp av skruer eller bolter, og viklingen er plassert på dem;
3. Statoren, kjernen eller åket er laget av ferromagnetiske legeringer; en eksitasjonsspole er installert på denne delen. Kjernene er utstyrt med poler som hjelper til med å bestemme strømningsretningen til ladede partikler. Det er magnetspissene som genererer det magnetiske feltet som er nødvendig for driften av enheten;
4. Rotor: generatorarmatur. Kjernen er satt sammen av individuelle stålplater, dette bidrar til å øke effektiviteten til generatoren og redusere dannelsen av virvelstrømmer. Ved installasjon av platene dannes det fordypninger som ankerviklingen eller selveksitasjonsviklingen er viklet inn i;
5. Kommutator og børster. Børstene er laget av grafitt, og det er minst to av dem i generatoren. Du kan finne ut antall børster ved å telle polene - denne indikatoren er identisk.

Foto - permanent generatorarmaturdesign

For å koble til kretsterminalene brukes kollektorplater; de er laget av kobber, som er kjent som en utmerket leder av elektriske signaler.

Driftsprinsippet til en DC-generator er basert på formelen:

Ifølge den, når en leder beveger seg i et magnetisk felt (som gjør at de magnetiske kraftlinjene kan forkortes), produseres en indusert emk dynamisk i lederen. Størrelsen på den genererte EMF kan spesifiseres ved å bruke DC-generatorligningen.

En av hovedfunksjonene til en enhet for å konvertere vekselstrøm er å generere emk til likestrøm. Retningen til den genererte EMF vil endres gjennom hver leder som energi passerer gjennom når rotoren roterer. Ved hjelp av en kommutator dannes en konstant strøm av ladede partikler ved utgangen av generatoren. Utgangssignalet ser da slik ut:

Foto – DC-generator utgangssignal

Typer

Det er slike typer DC-generatorer: selveksiterte og opererer på prinsippet om uavhengig svitsjing (diagram nedenfor). Eksiteringsmetoder avhenger av strømforsyningstypen til enheten. En selvspennende elektrisk generator opererer fra eksterne kilder, det kan være et batteri eller en vindgenerator. Også eksternt system eksitasjon implementeres ofte ved hjelp av magneter (hovedsakelig på enheter med lav effekt, opptil flere titalls watt).

Foto - krets av en generator med uavhengig svitsjing

Den uavhengige generatoren blir begeistret av strøm fra enhetens vikling. Disse enhetene er også delt inn i typer:

1. Shunt eller parallell eksitasjon;
2. Konsistent.

De førstnevnte utmerker seg ved parallellforbindelsen av armaturviklingen med feltviklingen, sistnevnte hhv. seriell tilkobling disse detaljene.

Ankerreaksjon

Dette er en ganske vanlig hendelse når generatoren går på tomgang. Det er preget av superposisjonen av resulterende magnetiske felt mellom statoren og rotoren, noe som reduserer spenningen og reduserer magnetfeltet. Som et resultat faller den elektromotoriske kraften til enheten, avbrudd i driften observeres, synkrongeneratoren kan til og med overopphetes eller ta fyr på grunn av gnister som oppstår fra feil friksjon av børstene.

Foto - generatorstolper

Hvis dette problemet oppstår, kan du gjøre følgende:

1. Kompenser magnetfeltet ved hjelp av ekstra poler. Dette vil bidra til å takle fallet i denne karakteristikken på individuelle punkter i kretsen;
2. Reparasjoner utføres ofte ved å flytte på kommutatorbørstene.

Hensikt

I motsetning til dynamoer, enheter med permanent type elektrisk kraft krever en avbruddsfri strømforsyning som konstant leverer likestrøm til armaturviklingen. På grunn av dette er anvendelsesområdet for slike enheter ganske høyt spesialisert; for øyeblikket brukes de sjelden hvor som helst.

Foto - prinsippet om drift av generatoren

De brukes ofte til å drive elektriske kjøretøy i byer. DC-generatorer brukes også til å drive en elektrisk bil, motorsykkel, eller som skipsgeneratorer eller sveisevekselrettere. De brukes som lavhastighetsmotorer for vindturbiner.

En diesel DC-generator kan brukes som en elektrisk motor for kraftige industrimaskiner (traktor, skurtresker, etc.) og en tachogenerator. Samtidig, for å kontrollere traktoren, kreves det en kraftig enhet, som spesifikasjoner ikke dårligere enn 300 - 400 kW. Samtidig kan diesel også erstatte gass.

Foto - bilgeneratorenhet

DC-generatoren har følgende egenskaper (beregning gjøres ved n=const):

1. Tomgang E=f(iв)
2. Formel for sekvensiell eksitasjon U=f(I)
3. Parallell eksitasjon U=f(I)

Studien viser at egenskaper kan beregnes ut fra n=0.

Du kan finne standardindikatorer i enhetspasset, og de avviker ofte med flere prosent (den mulige feilen er også angitt i instruksjonene for generatoren). Hjemmelagde generatorer kan ha utmerkede egenskaper fra de presenterte kan du velge de nødvendige dataene ved hjelp av oppslagsverk. Du kan sjekke dem ved å måle de eksisterende parameterne, det er forskjellige måter, avhengig av type generator.

Fordeler med en DC-generator:

1. I motsetning til en enhet av vekslende type, mister den ikke energi på grunn av hysterese, så vel som på grunn av virvelstrømmer;
2. Kan arbeide under ekstreme forhold;
3. Har en relativt lett vekt og liten design;

Denne enheten har også ulemper. Det viktigste er behovet for en ekstern strømkilde. Men noen ganger brukes denne funksjonen som en regulator for en elektrisk maskin.

Du kan kjøpe DC-generatorer i nettbutikker, på importsider, så vel som i fabrikker og markeder. Salget foregår også brukt, men vi anbefaler ikke å bruke brukte elektriske enheter. Kostnaden avhenger av formålet og kraften til enheten. Prisen for 4GPEM varierer mellom 30 000 rubler, og PM-45 - 60 000. Ved kjøp må det lages en presentasjon av arbeidet.