Generator curent alternativ- ce este? Aceasta este o mașină electrică care transformă energia interacțiunii mecanice în electricitate. Cum functioneazã? Legea inducției electromagnetice este fundamentală în principiile de funcționare a unui astfel de dispozitiv ca un alternator. După cum se știe din legile electromagnetismului, o forță electromotoare (EMF) poate fi indusă (creată) doar în câteva cazuri: la modificarea parametrilor fluxului magnetic în jurul conductorului însuși sau când conductorul se mișcă în câmpuri magnetice. Un câmp magnetic este un mediu material care poate fi detectat doar empiric ( empiric). Adică să identifice prezența sau absența unui astfel de câmp de forță în zona sa acțiune posibilă este necesar să se introducă un conductor cu curent sau un corp magnetizat.

Caracteristicile generatorului

Într-un dispozitiv cum ar fi un alternator, partea principală este ocupată de un electromagnet. Este format dintr-un miez ferimagnetic și o bobină și este proiectat să genereze un flux magnetic. Există un set de cerințe de bază care se aplică unor astfel de mașini: un interval de rotație de la 50 la 12.000 de rotații pe minut, cea mai largă gamă de putere posibilă (de la câțiva wați la sute de megawați), greutate și dimensiuni minime, fiabilitate și performanță ridicate.

Alternator trifazat

De obicei, o astfel de mașină este sincronă. Sarcina sa principală este de a transforma orice tip de energie în energie electrică. În mod tradițional, aceasta este energie mecanică. De ce se numește un alternator sincron? Aceasta este o astfel de mașină fără perii, în care viteza de rotație este constantă și la o frecvență dată este determinată de numărul de poli. Alternatorul a devenit foarte răspândit în producție și în transportul feroviar. Datorită sincronismului de rotație este utilizat pe secțiile frigorifice și locomotive diesel.

Alternator: dispozitiv și principii de bază de funcționare

Dacă rotiți rotorul și inductorul, atunci EMF va începe să fie indus în înfășurările statorului. Acest fenomen stă la baza funcționării atât a mașinilor trifazate, cât și a mașinilor monofazate. Datorită celei mai largi aplicații pe locomotivele diesel, motorul principal în astfel de generatoare sincrone de tracțiune poate fi chiar și diesel (motor cu ardere internă). Partea fixă ​​a alternatorului este statorul, care constă dintr-un miez și o carcasă.

O înfășurare este introdusă în fantele statorului, datorită căreia este indus un EMF. Miezul este realizat din foi presate din oțel electric special. Rotorul este un arbore pe care sunt fixate miezurile polilor generatorului. Există poli strălucitori și slabi. Înfășurarea este realizată din fire de cupru, de obicei rotund sau dreptunghiular. Capetele înfășurării duc la inele colectoare. Cu ajutorul periilor instalate în suporturile pentru perii, care sunt presate de suprafețele de contact prin arcuri, se colectează curent. Având în vedere designul simplu, este foarte posibil să faci un alternator cu propriile mâini. Principiul său de funcționare este extrem de simplu. Rotorul este rotit de un motor. Câmpul magnetic al rotorului se rotește odată cu acesta. Pe acest principiu funcționează alternatorul.

Poveste

Sistemele care produc curent alternativ sunt cunoscute sub forme simple încă de la descoperirea inducției magnetice a curentului electric. Mașinile timpurii au fost proiectate 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 prin zona în care câmpul magnetic era în direcţii opuse. Prima demonstrație publică a celui mai puternic „sistem alternator” a avut loc în 1886. Un alternator mare 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 a funcționat la o frecvență de aproximativ 15.000 de herți). După 1891 au fost introduse alternatoarele polifazate.

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 un curent continuu trece prin înfășurarea sa. Tensiunea AC este convertită în DC de un redresor cu semiconductor.

alternator auto

Alternator auto. Cureaua de transmisie a fost scoasă.

Alternatorul este utilizat pe vehiculele moderne pentru a încărca bateriile și pentru a alimenta sistemul electric al vehiculului. Alternatoarele nu folosesc un comutator, ceea ce este un mare avantaj față de generatoare curent continuu: sunt mai simple, mai usoare si mai ieftine. Alternatoarele auto folosesc un set de redresoare (punte de diode) pentru a converti AC în DC. Pentru a produce curent continuu cu ondulație scăzută, alternatoare auto AC au înfăşurare trifazată si un redresor trifazat.

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

Alternatoare marine

Alternatoare marine în iahturi cu adaptare corespunzătoare la mediul cu apă sărată.

Alternatoare fără perii

Generatorul 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 generatoare mari. Cea mai mare parte dintre cele două este generatorul principal, iar cel mai mic este excitatorul. Excitatorul are bobine de câmp staționar și o armătură rotativă (bobine de putere). Oscilatorul principal folosește configurații opuse cu un 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 nu se modifică în funcție de deplasare, ci în funcție de timp, care în cele din urmă ( inducerea 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 are în mod necesar o formă dințată, deoarece toată funcționarea generatorului se bazează pe armonicile dințate. a rotorului.

Generatoare pentru producția de energie mică

Pentru puteri de până la 100 kW aplicare largă au găsit generatoare monofazate și trifazate cu excitație de la magneți permanenți. Utilizarea magneților permanenți de neodim-fier-bor de înaltă energie a făcut posibilă simplificarea designului și reducerea semnificativă a dimensiunii și greutății generatoarelor, ceea ce este critic pentru puterea eoliană mică.

Design alternator

În chiar caz general, cel mai frecvent utilizat alternator trifazat constă dintr-un rotor cu poli saliente cu o pereche de poli (generatoare rotative de putere mică) sau 2 perechi dintre ei amplasați transversal (cele mai comune generatoare cu puteri de până la câteva sute de kilowați. Acest design nu numai că permite utilizarea mai rațională 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 de această putere), precum și ca 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 pe magneți permanenți doar pentru generatoare de putere foarte mică, în toate celelalte cazuri are așa-numita înfășurare. înfășurări de excitație, adică este un electromagnet de curent continuu, alimentat într-un rotor rotativ printr-un ansamblu perie-colector cu contacte inelare simple, mai rezistent la uzură decât un colector lamelar divizat al mașinilor de curent continuu.

În orice alternator puternic cu o înfășurare de excitație pe rotor, apare inevitabil întrebarea - cât de mult curent de excitație trebuie aplicat 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, o valoare semnificativă a căruia poate reduce semnificativ și tensiunea de ieșire a generatorului. În plus, sarcina de fază poate fi în general foarte neuniformă.

Această problemă este rezolvată la generatoarele moderne, de regulă, prin introducerea transformatoarelor de curent electromagnetic în circuitele de ieșire ale fazelor generatorului, conectate prin înfășurările secundare cu un triunghi sau o stea, și dând la ieșire o tensiune trifazată alternativă cu o amplitudine a unității - zeci de volți, strict proporțională și fază potrivită cu mărimea generatorului de curent de sarcină de fază - cu cât este mai mare curentul consumat în acest moment într-o fază dată, cu atât este mai mare tensiunea la ieșirea fazei corespunzătoare a transformatorul de curent corespunzător. Acest lucru obține un efect de stabilizare și de autoreglare. Toate cele trei faze de control de la înfășurările secundare ale transformatoarelor de curent sunt apoi conectate la un redresor trifazat convențional de 6 diode semiconductoare, iar la ieșirea sa se obține un curent continuu de valoarea dorită și este alimentat înfășurării de excitație a rotorului prin ansamblul perie-colector. Circuitul poate fi suplimentat cu un nod reostat pentru o oarecare libertate în reglarea curentului de excitație.

În generatoarele învechite sau cu putere redusă, în locul transformatoarelor de curent, a fost utilizat 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 o problemă a 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 nu există de unde să provină curentul. înfăşurările secundare ale transformatoarelor de curent. Problema, totuși, este rezolvată prin faptul că fierul jugului rotorului are o anumită capacitate de a remanenţă, această magnetizare reziduală este suficientă pentru a excita o tensiune de câțiva volți în înfășurările de putere, suficientă pentru ca generatorul să se autoexcite și să-și atingă caracteristicile de funcționare.

La generatoarele cu autoexcitare, un pericol grav este 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, un câmp magnetic alternativ puternic din rețeaua externă demagnetizează efectiv statorul, ca urmare a căruia generatorul își pierde capacitatea de a se autoexcita. În acest caz, este necesară o tensiune inițială de excitație de la o sursă externă, de exemplu, baterie auto, uneori, o astfel de procedură vindecă complet statorul, dar în unele cazuri nevoia de excitație externă rămâne pentru totdeauna.

Alternator principal

Generatorul principal este format dintr-un rotativ camp magnetic, după cum am menționat mai devreme, și fitinguri fixe (înfășurările generatorului)

mașini hibride

Vezi si

Legături

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

Un generator sincron este o mașină (mecanism) de curent alternativ care transformă un anumit tip de energie în electricitate. Astfel de dispozitive includ mașini electrostatice, celule galvanice, panouri solare, termobaterii etc. Utilizarea fiecărui tip de dispozitive enumerate este determinată de caracteristicile tehnice ale acestora.

Zona de aplicare

Unitățile sincrone sunt utilizate ca surse de energie electrică AC: sunt utilizate la centrale termice puternice, hidro și nucleare, la centrale mobile, sisteme de transport (mașini, avioane, locomotive diesel). O unitate sincronă este capabilă să funcționeze autonom - ca un generator care alimentează orice sarcină conectată la ea sau în paralel cu rețeaua - la ea sunt conectate alte generatoare.

O unitate sincronă poate porni dispozitivele în locuri în care nu există alimentare centrală retelelor electrice. Aceste dispozitive pot fi utilizate în ferme care sunt situate departe de așezări.

Descrierea dispozitivului

Dispozitivul unui generator sincron se datorează prezenței unor elemente precum:

• Rotor sau inductor (mobil, rotativ), care include o înfășurare de excitație.
• Ancoră, sau stator (imobil), în care este inclusă înfășurarea.
• Înfășurarea unității.
• Comutator bobina statorului.
• Redresor.
• Mai multe cabluri.
• Structura combinării electrice.
• Aparat de sudura.
• Bobina rotorului.
• Alimentare DC reglată.

Generatorul sincron funcționează ca generatoare și motoare. Se poate trece de la programul generatorului la programul motorului - depinde de acțiunea forței de rotație sau de frânare a dispozitivului. În graficul generatorului, energie mecanică intră în el și iese electricitate. Într-o diagramă a motorului, energia electrică intră în ea și iese energia mecanică.

Dispozitivul este conectat la un circuit de curent alternativ tip diferit rezistențe neliniare. Seturile sincrone sunt alternatoare din centralele electrice, iar motoarele sincrone sunt folosite atunci când este nevoie de un motor care funcționează la o frecvență de rotație constantă.

Principiul de funcționare al unității

Funcționarea unui generator sincron se bazează pe principiul inducției electromagnetice. În timpul mersului în gol, bobina de ancorare (stator) este deschisă, astfel încât câmpul magnetic al unității este format dintr-o înfășurare a rotorului. Când rotorul se învârte de la un motor cu sârmă, are o frecvență constantă, câmpul magnetic al rotorului se deplasează prin conductorii înfășurărilor fazei statorului și induce curenți alternativi repetitivi - forță electromotoare (EMF). EMF este sinusoidal, nesinusoidal sau pulsatoriu.

Înfășurarea de excitație este destinată să creeze un câmp magnetic inițial în generator pentru a induce o forță de antrenare electrică în bobina armăturii. Dacă armătura unui generator sincron este antrenată prin rotație la o anumită viteză, apoi excitată de o sursă de curenți continui, atunci fluxul de excitație trece prin conductorii bobinelor statorului și este indusă EMF alternativă în fazele bobinei.

Dispozitiv trifazat

trei faze generator sincron- un dispozitiv având o structură de curent alternativ trifazat, care are o distribuție practică uriașă. Un electromagnet rotativ este capabil să genereze un flux magnetic (variabil) care se deplasează prin cele trei faze ale înfășurării statorului existent. Și rezultatul este că în faze apare o EMF variabilă de aceeași frecvență, schimbarea de fază se efectuează la un unghi egal cu o treime din perioada de rotație a câmpurilor magnetice.

Un generator sincron trifazat este echipat astfel încât armătura de pe arborele său să fie un electromagnet și să fie alimentată de un generator. Când arborele se rotește, de exemplu, de la o turbină, generatorul furnizează energie electrică, în timp ce înfășurarea rotorului este alimentată de curentul furnizat. Din aceasta, armătura devine un magnet electric și, efectuând rotații cu același arbore, eliberează un câmp electromagnetic rotativ.

Datorită hidrogeneratoarelor sincrone trifazate și turbo, cea mai mare parte a energiei electrice este produsă. Unitățile sincrone sunt, de asemenea, utilizate ca motoare electrice în astfel de dispozitive a căror putere depășește 50 kW. În timpul funcționării unității sincrone în graficul motorului, rotorul însuși este conectat la o sursă de curenți continui, în timp ce statorul este conectat la un cablu trifazat.

structuri de excitaţie

Orice turbo, hidro, generatoare diesel, compensatoare sincrone, motoarele produse în prezent sunt echipate cu cele mai noi structuri semiconductoare, cum ar fi excitația generatoarelor sincrone. În aceste structuri se utilizează metoda de redresare a curenților alternativi trifazici ai excitatoarelor de înaltă frecvență sau industrială sau a tensiunii unității excitate.

Dispozitivul generatorului este astfel încât structurile de excitație pot furniza parametri de funcționare ai unității precum:

• Prima etapă de excitare, adică inițială.
• Lucru inactiv.
• Conectare la rețea prin sincronizare exactă sau auto-sincronizare.
• Lucrați în structura energetică cu sarcini sau suprasarcini existente.
• Excitarea dispozitivelor sincrone poate fi forțată conform unor criterii precum tensiunea și curentul, având o multiplicitate dată.
• Dispozitiv de frânare electric.

Design generator

În prezent, sunt produse multe tipuri de dispozitive de inducție, dar dispozitivul generator este proiectat astfel încât să conțină aceleași piese:

• Un electromagnet sau magnet permanent care produce un câmp magnetic.
• Înfășurare cu emf variabilă indusă.

Pentru a obține cel mai mare flux magnetic, toate generatoarele folosesc o structură magnetică specială, care constă din două miezuri de oțel.

Înfășurările care creează un câmp magnetic sunt instalate în canelurile unuia dintre miezuri, iar înfășurările induse de EMF sunt instalate în canelurile celuilalt. Unul dintre miezuri - intern - interacționează cu înfășurarea sa și se rotește în jurul unei tije orizontale sau verticale. O astfel de tijă se numește rotor. Un miez imobil cu o înfășurare se numește armătură (stator).

Caracteristicile dispozitivului

Pentru a evalua funcția generatoarelor sincrone, se aplică aceleași caracteristici ca și pentru generatoarele de curent continuu. Doar unele condiții diferă și sunt completate.

Principalele caracteristici ale unui generator sincron sunt:

• inactiv este dependență de EMF dispozitiv de la curenții de excitație, în același timp este un indicator al magnetizării circuitelor magnetice ale mașinii.
• Caracteristica externă este dependența tensiunii dispozitivului de curenții de sarcină. Tensiunea unității variază în moduri diferite în funcție de creșterea sarcinii cu diferitele sale tipuri. Motivele acestor modificări sunt următoarele:

1. Căderea de tensiune pe rezistența inductivă și activă a înfășurărilor dispozitivului. Acesta crește pe măsură ce sarcina dispozitivului, adică curentul său, crește.
2. Modificarea EMF a unității. Apare în funcție de reacția statorului. Cu sarcini active, căderea de tensiune va fi cauzată de o cădere de tensiune în toate înfășurările, deoarece reacția statorului implică o creștere a femu-ului generator. La tipurile de sarcină activ-capacitiv, efectul de magnetizare determină o creștere a valorii tensiunii curente față de valoarea nominală.

• Caracteristicile de reglare ale unui generator sincron sunt dependența curenților de excitație de curenții de sarcină. În timpul funcționării unităților sincrone, este necesar să se mențină o tensiune constantă la bornele acestora, indiferent de natura și magnitudinea sarcinilor. Acest lucru este ușor de realizat dacă reglați EMF-ul generatorului. Acest lucru se poate face prin modificarea automată a curenților de excitație în funcție de modificările sarcinilor, adică de când sarcina activ-capacitiva este necesar să se reducă curentul de excitaţie pentru a menţine tensiune constantă, iar cu activ-inductiv și activ - creștere.

Puterea unui generator sincron este determinată de următoarele valori:

• Tensiune de rețea adecvată.
• EMF dvs.
• unghi de măsurare.

Aparat AC

Un alternator sincron este o mașină electrică care transformă energia mecanică de rotație în energie electrică de curent alternativ. Sunt instalate generatoare puternice de astfel de curenți:

• hidrogenerator turbogenerator - la centrale electrice;
• Dispozitive AC de putere relativ scăzută - în sisteme de alimentare autonome (centrală cu turbină cu gaz, centrală diesel) și în convertoare de frecvenţă(motor-generator).

În prezent, sunt produse multe tipuri de astfel de dispozitive, dar toate au dispozitiv general elemente principale:

• ancora (stator) - fix;
• rotorul care se rotește în jurul unei axe.

În generatoarele industriale de dimensiuni mari, un electromagnet, care este un rotor, se rotește. În același timp, înfășurările cu EMF indusă, așezate în fantele statorului, rămân nemișcate.

În dispozitive precum un generator sincron de putere mică, câmpul magnetic este generat de un magnet permanent rotativ.

Tipuri de unități sincrone

Există următoarele tipuri de generatoare sincrone:

1. Hidro - în el rotorul are o diferență datorită prezenței polilor pronunțați, este folosit în producerea de energie electrică, funcționează la viteze mici.
2. Turbo - are diferențe în structura polilor implicită a generatorului, produs din turbine alt fel, viteza de rotatie este destul de mare, ajunge la aproximativ 6000 de rotatii pe minut.
3. Compensator sincron - această unitate furnizează putere reactivă, este folosită pentru a îmbunătăți calitatea energiei electrice pentru a stabiliza tensiunea.
4. Unitate de putere dublă asincronă - un dispozitiv generator de acest tip constă în faptul că în ea sunt conectate atât înfășurările rotorului, cât și cele ale statorului de la un furnizor de curenți cu frecvențe diferite. Este creat un program de lucru asincron. De asemenea, se remarcă prin stabilitatea programului de lucru și prin faptul că convertește diferiți curenți de fază și este folosit pentru rezolvarea problemelor cu o specializare îngustă.
5. Unitate de impact bipolară - funcționează în program de scurtcircuit, acționează pentru scurt timp, în milisecunde. De asemenea, testează dispozitive de înaltă tensiune.

Soiuri de agregate

Generatorul sincron (motorul) este împărțit în mai multe modele care sunt proiectate pentru o varietate de scopuri:

• Pas (impuls) - utilizat pentru acționarea mecanismelor cu ciclu pornire-oprire sau dispozitive cu mișcare continuă cu semnal de control al impulsului (contoare, unități de bandă, unități de mașini-unelte CNC etc.).
• Gearless - pentru utilizare în sisteme autonome.
• Non-contact - sunt folosite pentru a lucra ca centrale electrice pe navele maritime și fluviale.
• Histerezis - folosit pentru contoare de timp, acţionări electrice inerţiale, în sistemele automate de control;
• Motoare cu inductie - pentru alimentarea instalatiilor electrice.

Separarea după tipul de rotor

În funcție de tipul de dispozitiv rotor, dispozitivul generator este împărțit în:

• Explicit-pol - cu poli proeminenti sau pronunțați. Aceste rotoare sunt utilizate la generatoarele cu funcționare silențioasă, la care viteza de rotație nu depășește 1000 rpm.
• Un stâlp implicit este un rotor în formă de cilindru care nu are poli proeminenți. Aceste ancore sunt cu doi poli și cu patru poli.

În primul caz, rotorul este format dintr-o cruce, pe care sunt fixate miezurile polilor sau înfășurarea de excitație. În al doilea rând, unități de mare viteză cu o viteză de 1500 sau 3000. Rotorul este realizat sub forma unui cilindru din oțel de înaltă calitate, cu caneluri, în ele este instalată o înfășurare de excitație, constând din înfășurări separate de diferite lățimi.

Alternator cu inducție.În alternatoarele cu inducție, energia mecanică este transformată în energie electrică. Un generator de inducție este format din două părți: o parte mobilă numită rotor și o parte fixă ​​numită stator. Funcționarea generatorului se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică. Generatoarele de inducție au un dispozitiv relativ simplu și fac posibilă obținerea de curenți mari la o tensiune suficient de mare. În prezent, există multe tipuri de generatoare de inducție, dar toate constau din aceleași părți de bază. Acesta este, în primul rând, un electromagnet sau un magnet permanent care creează un câmp magnetic și, în al doilea rând, o înfășurare constând din spire conectate în serie în care este indusă o variabilă. forta electromotoare. Deoarece forțele electromotoare induse în spirele conectate în serie se adună, amplitudinea forței electromotoare de inducție în înfășurare este proporțională cu numărul de spire din aceasta.

Orez. 6.9

Numărul de linii de câmp care pătrund în fiecare viraj se modifică continuu de la o valoare maximă când este situată peste câmp, la zero când linii de forță aluneca de-a lungul virajului. Ca urmare, atunci când bobina se rotește între polii magnetului, direcția curentului se schimbă în sens opus la fiecare jumătate de tură, iar în bobină apare un curent alternativ. Curentul este deviat către circuitul extern prin intermediul contactelor glisante. Pentru aceasta, inelele de contact atașate la capetele înfășurării sunt fixate pe axa înfășurării. Plăcile fixe - perii - sunt presate pe inele și conectează înfășurarea cu circuitul extern (Fig. 6.9).

Lasă o bobină de sârmă să se rotească într-un câmp magnetic uniform cu o viteză unghiulară constantă. Fluxul magnetic care pătrunde în bobină se modifică conform legii, aici S este aria buclei. Conform legii lui Faraday, în înfășurare este indusă o forță electromotoare de inducție, care se determină după cum urmează:

Unde N este numărul de spire din înfășurare. Astfel, forța electromotoare de inducție în înfășurare se modifică după o lege sinusoidală și este proporțională cu numărul de spire din înfășurare și cu frecvența de rotație.

În experimentul cu o înfășurare rotativă, statorul este un magnet și contacte între care este plasată înfășurarea. În generatoarele industriale mari, un electromagnet, care este un rotor, se rotește, în timp ce înfășurările în care este indusă forța electromotoare sunt așezate în fantele statorului și rămân staționare. În centralele termice, turbinele cu abur sunt folosite pentru a roti rotorul. Turbinele, la rândul lor, sunt antrenate de jeturi de vapori de apă obținute în uriașe cazane de abur prin arderea cărbunelui sau a gazului (centrale termice) sau prin descompunerea materiei (centrale nucleare). Centralele hidroelectrice folosesc turbine de apă pentru a roti rotorul, care sunt rotite prin căderea apei de la mare înălțime.

Generatoarele electrice joacă un rol crucial în dezvoltarea civilizației noastre tehnologice, deoarece ne permit să obținem energie într-un loc și să o folosim în altul. Un motor cu abur, de exemplu, poate converti energia de ardere a cărbunelui în muncă utilă, dar această energie poate fi folosită numai acolo unde sunt instalate un cuptor pe cărbune și un cazan cu abur. Centrala electrică, pe de altă parte, poate fi amplasată foarte departe de consumatorii de energie electrică - și, totuși, aprovizionează cu ea fabricile, casele etc.

Se spune (cel mai probabil, acesta este doar un basm frumos) că Faraday i-a demonstrat un prototip de generator electric lui John Peel, Cancelarul Finanțelor Marii Britanii, și l-a întrebat pe om de știință: „Ei bine, domnule Faraday, toate acestea sunt foarte interesante, dar la ce folosesc toate acestea?”.

"Care e ideea? Se presupune că Faraday a fost surprins. „Știți, domnule, cât de mult impozit va aduce trezoreria asta în cele din urmă?!”

Transformator.

Transformator. Forța electromotoare a generatoarelor puternice de centrale electrice este mare, între timp, utilizarea practică a electricității necesită, de obicei, nu foarte tensiune înaltă, iar transferul de energie, dimpotrivă, este foarte mare.

Pentru a reduce pierderile de încălzire ale firelor, este necesar să se reducă curentul în linia de transport și, în consecință, să se crească tensiunea pentru a economisi energie. Tensiunea generată de generatoare (de obicei în jur de 20 kV) este crescută la 75 kV, 500 kV și chiar 1,15 MV, în funcție de lungimea liniei de transport. Creșterea tensiunii de la 20 la 500 kV, adică de 25 de ori, reduce pierderile de linie de 625 de ori.

Conversia curentului alternativ de o anumită frecvență, la care tensiunea crește sau scade de mai multe ori, practic fără pierderi de putere, este efectuată de un dispozitiv electromagnetic care nu are părți mobile - un transformator electric. Transformatorul este un element important al multor aparate și mecanisme electrice. Încărcătoare și jucării căi ferate, radiouri și televizoare - peste tot funcționează transformatoare, care scad sau cresc tensiunea. Printre ei se numără atât foarte mici, nu mai mult de un bob de mazăre, cât și coloși adevărați care cântăresc sute de tone sau mai mult.

Orez. 6.10

Transformatorul constă dintr-un circuit magnetic, care este un set de plăci, care sunt de obicei realizate dintr-un material feromagnetic (Fig. 6.10). Există două înfășurări pe circuitul magnetic - primar și secundar. Cel al înfășurărilor care este conectat la sursă Tensiune AC, se numește primar, iar cel la care este conectată „sarcina”, adică dispozitivele care consumă energie electrică, se numește secundar. Un feromagnet mărește numărul de linii de câmp magnetic de aproximativ 10.000 de ori și localizează fluxul de inducție magnetică în sine, prin care înfășurările transformatorului pot fi separate spațial și rămân totuși cuplate inductiv.

Acțiunea transformatorului se bazează pe fenomenele de inducție reciprocă și autoinducție. Inducția dintre înfășurările primare și secundare este reciprocă, adică curentul care curge în înfășurarea secundară induce o forță electromotoare în primar, la fel cum înfășurarea primară induce o forță electromotoare în secundar. Mai mult, deoarece spirele înfășurării primare acoperă propriile linii de forță, în ele apare o forță electromotoare de auto-inducție. Forța electromotoare a autoinducției se observă și în înfășurarea secundară.

Lăsați înfășurarea primară să fie conectată la o sursă de curent alternativ cu o forță electromotoare, prin urmare, în ea apare un curent alternativ, creând un flux magnetic alternativ în circuitul magnetic al transformatorului ? , care este concentrat în interiorul miezului magnetic și pătrunde în toate spirele înfășurărilor primare și secundare.

În absența unei sarcini externe, puterea eliberată în transformator este aproape de zero, adică puterea curentului este aproape de zero. Aplicați legea lui Ohm la circuitul primar: suma forței electromotoare a inducției și a tensiunii din circuit este egală cu produsul dintre puterea curentului și rezistența. Presupunând , putem scrie: , prin urmare, , Unde F- debitul care pătrunde în fiecare tură a bobinei primare. Într-un transformator ideal, toate liniile de forță trec prin toate spirele ambelor înfășurări și, deoarece câmpul magnetic în schimbare generează aceeași forță electromotoare în fiecare tură, forța electromotoare totală indusă în înfășurare este proporțională cu numărul total de spire. . Prin urmare, .

Raportul de transformare a tensiunii este egal cu raportul dintre tensiunea din circuitul secundar și tensiunea din circuitul primar. Pentru valorile de amplitudine ale tensiunilor de pe înfășurări, putem scrie:

Astfel, raportul de transformare este definit ca raportul dintre numărul de spire înfăşurare secundară la numărul de spire ale înfășurării primare. Dacă coeficientul, transformatorul va fi step-up, iar dacă - step-down.

Relațiile scrise mai sus, strict vorbind, sunt aplicabile doar unui transformator ideal, în care nu există scurgeri de flux magnetic și nu există pierderi de energie pentru căldura Joule. Aceste pierderi pot fi asociate cu prezența rezistenței active a înfășurărilor în sine și cu apariția curenților de inducție (curenți Foucault) în miez.

Toki Fuko.

Toki Fuko. Curenții de inducție pot apărea și în conductoarele solide solide. În acest caz, în grosimea conductorului însuși se formează un circuit de curent de inducție închis atunci când acesta se mișcă într-un câmp magnetic sau sub influența unui câmp magnetic alternativ. Acesti curenti sunt numiti dupa fizicianul francez J.B.L. Foucault, care în 1855 a descoperit încălzirea miezurilor feromagnetice mașini electriceși alte corpuri metalice într-un câmp magnetic alternativ și a explicat acest efect prin excitarea curenților de inducție. Acești curenți sunt numiți în prezent curenți turbionari sau curenți Foucault.

Dacă miezul de fier este într-un câmp magnetic alternativ, atunci sub acțiunea unui inductiv câmp electric sunt induși curenți turbionari interni - curenți Foucault, ducând la încălzirea acestuia. Deoarece forța electromotoare a inducției este întotdeauna proporțională cu frecvența oscilațiilor câmpului magnetic, iar rezistența conductorilor masivi este mică, atunci la frecventa inaltaîn conductori, conform legii Joule-Lenz, se va degaja o cantitate mare de căldură.

În multe cazuri, curenții Foucault sunt indezirabili, așa că trebuie luate măsuri speciale pentru a le reduce. În special, acești curenți provoacă încălzirea miezurilor feromagnetice ale transformatoarelor și ale pieselor metalice ale mașinilor electrice. Pentru a reduce pierderile energie electrica din cauza apariției curenților turbionari, miezurile transformatorului nu sunt realizate dintr-o bucată solidă a unui feromagnet, ci din plăci metalice separate izolate între ele printr-un strat dielectric.

Orez. 6.11

Curenții turbionari sunt folosiți pe scară largă pentru topirea metalelor în așa-numitele cuptoare cu inducție (Fig. 6.11), pentru încălzirea și topirea semifabricatelor metalice, pentru obținerea aliajelor și compușilor metalici de înaltă puritate. Pentru a face acest lucru, o piesă metalică este plasată într-un cuptor cu inducție (un solenoid prin care trece un curent alternativ). Apoi, conform legii inducției electromagnetice, în interiorul metalului apar curenți de inducție, care încălzesc metalul și îl pot topi. Prin crearea unui vid în cuptor și aplicarea încălzirii prin levitare (în acest caz, forțele câmpului electromagnetic nu numai că încălzesc metalul, ci și îl mențin suspendat în afara contactului cu suprafața camerei), se obțin metale și aliaje foarte pure.

Pentru conversie tipuri variate energie în energie electrică, se folosesc dispozitive speciale. Unul dintre cele mai simple mecanisme este un generator de curent continuu, care poate fi cumpărat de la orice magazin de electricitate sau asamblat manual.

Un generator de curent continuu este un dispozitiv care convertește energia mecanică în energie electrică pentru utilizare ulterioară într-un circuit extern. sursă energie mecanicăîn acest caz, orice forță mecanică poate servi: rotirea unui mâner special, conectarea motorului la dispozitiv. De remarcat faptul că marea majoritate a apartamentelor și caselor din limitele oricărui oraș sunt alimentate doar cu ajutorul unor astfel de generatoare, doar de tip industrial.

Foto - generator DC

Un generator de curent electric poate acționa complet opus. Conversia inversă a energiei electrice în energie mecanică se realizează cu ajutorul unui motor electric. Multe motoare sunt echipate cu o acționare manuală (mecanică), care, atunci când conexiune corectă poate converti energia și rețelele în sens invers.

Principiul de funcționare și dispozitiv

Un generator de curent continuu este format din două părți principale - un stator și un rotor. Alte detalii:

1. Carcasă: cadru exterior al generatorului. Adesea realizate din fontă sau oțel. Carcasa oferă rezistență mecanică întregii structuri a generatorului (sau motorului electric). De asemenea, transmite fluxul magnetic creat de poli;
2. poli magnetici. Ele sunt conectate la corp cu șuruburi sau șuruburi, pe ele este plasată o înfășurare;
3. Statorul, cadrul sau jugul sunt realizate din aliaje feromagnetice, pe această parte este instalată o bobină de excitație. Miezurile sunt echipate cu poli care ajută la determinarea direcției fluxului de particule încărcate. Vârfurile magnetice sunt cele care formează câmpul magnetic necesar pentru funcționarea dispozitivului;
4. Rotor: armătura generatorului. Miezul este asamblat din plăci de oțel separate, acest lucru ajută la creșterea eficienței generatorului și la reducerea formării de curenți turbionari. La instalarea plăcilor, se formează cavități în care este înfășurată înfășurarea armăturii sau înfășurarea cu autoexcitare;
5. Comutator și perii. Periile sunt făcute din grafit, în timp ce există cel puțin două dintre ele în generator. Puteți afla numărul de perii numărând polii - acest indicator este identic.

Foto - proiectarea armăturii generatorului permanent

Plăcile colectoare sunt folosite pentru a conecta cablurile circuitului, sunt fabricate din cupru, care este cunoscut ca un excelent conductor al semnalelor electrice.

Principiul de funcționare al unui generator de curent continuu se bazează pe formula:

Potrivit acestuia, atunci când un conductor se mișcă într-un câmp magnetic (care permite scurtarea liniilor magnetice de forță), în conductor se produce în mod dinamic un EMF de inducție. Cantitatea de EMF generată poate fi dată utilizând ecuația generatorului de curent continuu.

Una dintre funcțiile principale ale unui convertor AC este de a genera un EMF la DC. Direcția EMF generată se va schimba prin fiecare conductor prin care trece energia pe măsură ce rotorul se rotește. Cu ajutorul unui comutator, la ieșirea generatorului se formează un flux constant de particule încărcate. Semnalul de ieșire arată astfel:

Foto - semnal de ieșire al generatorului de curent continuu

Tipuri

Există astfel de tipuri de generatoare de curent continuu: autoexcitate și care funcționează pe principiul includerii independente (diagrama de mai jos). Metodele de excitare depind de tipul de alimentare a dispozitivului. Un generator electric autoexcitat este alimentat de surse externe, poate fi o baterie sau un generator eolian. De asemenea sistem extern excitația este adesea implementată pe magneți (în principal pe dispozitive cu putere redusă, de până la câteva zeci de wați).

Foto - diagramă a unui generator cu comutare independentă

Excitarea unui generator independent se realizează datorită sursei de alimentare de la înfășurarea dispozitivului. Aceste dispozitive sunt, de asemenea, împărțite în tipuri:

1. Shunt sau excitație paralelă;
2. Secvenţial.

Primele se disting prin conexiunea paralelă a înfășurării armăturii cu înfășurarea de excitație, respectiv cea din urmă, conexiune serială aceste detalii.

reacție de ancorare

Aceasta este o întâmplare destul de comună când generatorul este la ralanti. Se caracterizează prin suprapunerea câmpurilor magnetice rezultate de către stator și rotor, ceea ce reduce tensiunea și micșorează câmpul magnetic. Ca urmare, forța electromotoare a dispozitivului scade, există întreruperi în funcționare, generatorul sincron se poate chiar supraîncălzi sau ia foc din cauza scânteilor care apar din frecarea necorespunzătoare a periilor.

Foto - stalpi generator

Cu această eroare, puteți face următoarele:

1. Compensați câmpul magnetic cu poli suplimentari. Acest lucru va ajuta să faceți față scăderii acestei caracteristici în anumite puncte ale circuitului;
2. Adesea reparația se efectuează prin simpla deplasare a periilor comutatorului.

Scop

Spre deosebire de alternatoare, dispozitivele cu tip permanent electricitatea are nevoie de o sursă de alimentare neîntreruptibilă care direcționează constant curentul continuu în înfășurarea armăturii. Din acest motiv, domeniul de aplicare al unor astfel de dispozitive este destul de foarte specializat, momentan ele sunt rareori folosite oriunde.

Foto - principiul de funcționare al generatorului

Adesea sunt folosite pentru a alimenta vehiculele electrice în orașe. Generatoarele de curent continuu sunt, de asemenea, folosite pentru a opera o mașină electrică, o motocicletă sau ca excitatoare de navă sau invertoare de sudare. Sunt folosite ca motoare de viteză mică pentru morile de vânt.

Generatorul de curent continuu diesel poate fi folosit ca motor electric pentru mașini industriale puternice (tractor de tracțiune, mașină de recoltat etc.) și tahogenerator. În același timp, este necesară o unitate puternică pentru a controla tractorul, care are specificații nu sunt inferioare indicatorilor de 300 - 400 kW. În același timp, motorina poate înlocui și gazul.

Foto - aparat generator auto

Generatorul de curent continuu are următoarele caracteristici (calculul se face cu n=const):

1. Funcționare în gol E \u003d f (iv)
2. Formula pentru excitaţie secvenţială U=f(I)
3. Excitație paralelă U=f(I)

Studiul arată că caracteristicile pot fi calculate pe baza n=0.

Puteți găsi indicatori standard în pașaportul instrumentului și adesea se abate cu câteva procente (o posibilă eroare este indicată și în instrucțiunile pentru generator). Generatoarele de casă pot avea performanta excelenta din cele prezentate, puteți selecta datele necesare folosind cărți de referință. Le puteți verifica prin măsurarea parametrilor disponibili, există căi diferite in functie de tipul generatorului.

Avantajele generatorului DC:

1. Spre deosebire de un dispozitiv de tip variabil, acesta nu pierde energie la histerezis, precum și la curenții turbionari;
2. Poate lucra in conditii extreme;
3. Greutate relativ ușoară și design mic;

Un astfel de dispozitiv are și dezavantaje. Principala este necesitatea unei surse de alimentare externe. Dar uneori această caracteristică este folosită ca regulator al unei mașini electrice.

Puteți cumpăra generatoare de curent continuu în magazinele online, pe site-uri de import, precum și în fabrici și piețe. Vanzarea se face si manual, dar nu recomandam folosirea folosita Dispozitive electrice. Costul depinde de scopul și puterea dispozitivului. Prețul pentru 4GPEM variază în intervalul de 30 000 de ruble, iar pentru PM-45 - 60 000. La cumpărare, trebuie făcută o prezentare a lucrării.