RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Какая электрическая машина называется генератором


Генераторы тока: переменного и постоянного

Отсутствие электричества сегодня не становится проблемой как в быту, так и в промышленности. Широкий ассортимент генераторов тока позволяет решить проблему быстро, с минимальными трудозатратами. Резервные источники питания незаменимы в современной реальности - всему нужна электроэнергия. Гарантии, что подачу электроэнергии не прекратят в самый неподходящий момент – не может дать ни она организация. Поэтому резервная электростанция на базе генератора постоянного или переменного тока  - важное, а зачастую незаменимое оборудование, которое обеспечивает непрерывность производства, комфорт в бытовой сфере, безопасность и непрерывность технологических процессов.

Что такое генератор тока

Когда нет электрической энергии, требуется получить её из другого источника. Наши предки, например, использовали силу ветра, течения рек. Впрочем, сегодня подобную энергию применяют, если не жалко времени и сил на возведение плотин и ветряков. Генераторы тока стандартно «работают» на топливе, за счет вращения обмотки в магнитном поле преобразовывая механическую энергию вращения в электричество. Ток возникает в замкнутом контуре, протекает по обмоткам, когда к электростанции подключается потребитель - именно так работает генератор тока.
В зависимости от того, как вращается магнитное поле (при неподвижном или подвижном проводнике) различают два типа этих электрических машин - генераторы постоянного или переменного тока.

В чем разница между постоянным и переменным током

Вспоминаем уроки физики. Электроток - заряженные микрочастицы, которые «бегут» в определенном направлении. У постоянного тока частицы движутся по прямой, в одном направлении от минуса к плюсу. У переменного движение электронов идет по синусоиде с определенной частотой (полярность между проводами меняется несколько раз за заданный промежуток времени).

Разница между движением заряженных частиц заложена в принцип работы генераторов электрического тока. Для простого обывателя можно сказать так: в розетке - переменный, в батарейке - постоянный. В качестве частного случая, с очень большим упрощением, можно сказать так: всё что с напряжением до 48 Вольт - всё постоянный, всё что от 100 до 500 Вольт - переменный.

Автор статьи и специалисты Mototech прекрасно осведомлены о том, что и постоянный ток может иметь практически любое напряжение (например, 380 Вольт на шине постоянного тока в ИБП), так же как и переменный ток для узких задач. 

В чем конструктивная разница между генераторами

Несмотря на то, что конечный результат работы электростанций один - потребитель получает электроэнергию, методы преобразования механической энергии в электродвижущую силу и электричество различаются. Элементы (комплектующие) также отличны.

Особенности конструкции генераторов переменного тока

Электростанция такого типа состоит из:

Полюсов может быть несколько (число минусов и плюсов всегда идентично). Поэтому сегодня потребитель может купить электростанцию необходимой мощности и обеспечить электричеством как дом, так и промышленный объект.

Особенности конструкции генератора переменного тока

Конструктивной разницы в статоре и роторе между устройствами постоянного и переменного тока нет. Практически идентичны и силовые рамы. Существенное отличие в комплектации коммуникационного узла. Каждый выход механизма помимо щеток оснащен токопроводящими кольцами. «Закольцованный» ток движется по синусоиде и несколько раз в секунду достигает пика мощности. По типу устройства, характеристикам и принципу работы современные генераторы переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Специфика синхронного устройства: скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля в рабочем зазоре.

Асинхронным машинам характерны:

Такие агрегаты могут быть однофазными и трехфазными.

Принцип работы генератора постоянного тока

Простейший  по конструкции генератор работает следующим образом:

Такая схема работает в простейшей конструкции, с одним плюсом и минусом, если положительных/отрицательных точек больше, ЭДС и ориентировочное количество электроэнергии рассчитываются по формуле.

К преимуществам генераторов постоянного тока относят:

Минус: на большую мощность при использовании устройств такого типа рассчитывать не стоит.

Принцип работы генератора переменного тока

Устройства такого типа преобразуют механику в электроэнергию, вращая проволочную катушку в магнитном поле. Ток вырабатывается, когда силовые линии пересекают обмотку. До тех пор, пока магнитное поле соприкасается с проводником, в нем индуцируется электроток.
Идентичный принцип действует и в случае, если рамка вращается относительно магнита, пересекая силовые линии.

Основные достоинства генераторов переменного тока

В электростанциях с синусоидальной подачей тока отсутствует реактивная мощность. То есть весь запас электроэнергии (с вычетом потерь на проводах) расходуется на нужды потребителя, а не на поддержание работоспособности устройства.

Плюсами использования генераторов переменного тока являются:

Дополнительное преимущество: агрегаты с трехфазным питанием можно использовать для питания высоковольтных потребителей.

Где применяются генераторы постоянного и переменного тока

Оба вида генераторов популярны в бытовой и промышленной сфере. Станции постоянного тока нашли применение в сфере транспорта. Так, в трамваях, троллейбусах обычно установлены двигатели, работающие на постоянном токе. Низковольтные устройства незаменимы для питания систем освещения в местах, где нет доступа к централизованной подачи электроэнергии. Например, на борту самолетов. Если большая мощность - не основополагающая характеристика электростанции, то генераторы постоянного тока отлично справятся с питанием оборудования в учебных, медицинских учреждениях, лабораториях. Полноценные дизельные электростанции постоянного тока используются на аэродромах для зарядки и питания бортовых систем летной техники. 

Электростанции переменного тока необходимы практически для всего остального. 99% того, что питается от централизованной сети - это устройства переменного тока. Соответственно, аварийное питание этих объектов так же должно осуществляться от соответствующего оборудования. 

Мototech специализируется на продаже электростанций различного типа. Поможем выбрать оптимальный вариант электростанции мощностью от 5 до 6000 кВА и конечно же, это будут электростанции переменного тока. Мы обеспечим сопроводительные строительные и электромонтажные работы, грамотную пуско-наладку и обслуживание устройств. С клиентами работают сотрудники с энергетическим образованием, поэтому квалифицированную информацию, ответы на вопросы и правильные расчеты характеристик в соответствии с вашими потребностями гарантируем.



Устройство, принцип действия и конструкция синхронного генератора, режимы работы

Синхронным генератором (СГ) называют устройство, выполняющее функцию трансформации механической энергии в электрическую. Принцип работы и устройство синхронного генератора достаточно просты и надежны. Такое энергетическое оборудование востребовано для использования в мобильных авторемонтных мастерских, для ремонта и обслуживания станков-качалок, спецмашин нефтегазовой отрасли, на ГЭС, ТЭС, АЭС, в транспортных системах.

Основные конструктивные элементы

Основные части синхронного генератора: неподвижная — статор, вращающаяся — ротор, представляющая собой электромагнит, и две основные обмотки.
  1. Одна обмотка статора («обмотка возбуждения») запитывается от источника постоянного тока, функцию которого выполняет электронный регулятор напряжения. Регулятор используется в генераторах с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение осуществляется с использованием остаточного магнетизма магнитопровода СГ. При этом энергия переменного тока поступает от обмотки статора СГ. Комплекс из понижающего трансформатора и полупроводникового выпрямителя-преобразователя трансформирует ее в энергию постоянного тока.
  2. Ток, протекающий в обмотке возбуждения статора, наводит ЭДС на обмотке возбуждения якоря генератора. Статор возбудителя, как конструкционный элемент может отсутствовать, и тогда его функции выполняют постоянные магниты.
  3. Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, называется обмоткой возбуждения якоря, или якорем возбудителя.
  4. Переменное напряжение, возникающее на обмотке якоря возбудителя, выпрямляется в блоке вращающихся диодов, которые так же называются словосочетанием «диодный мост», и превращает силовую обмотку ротора во вращающийся электромагнит, который наводит ЭДС в силовой обмотке статора СГ.
  5. Силовые обмотки и обмотки возбуждения монтируются в пазы якоря и ротора.
  6. Генераторы по типу выходного напряжения делятся на одно-, или трехфазные. Основное распространение в промышленности имеют трехфазные синхронные генераторы, а в быту — однофазные.

В конструкцию статора входит корпус, внутри которого расположен сердечник, или пакет, собираемый из листов электротехнической стали особой формы. На качество электрического тока влияют такие факторы как: цельность листов в пакете (бывают цельными или составными), качество и материал обмотки. Для обмотки применяется медный эмаль-провод, а в дешевых устройствах возможна замена меди на алюминий.

Роторы изготавливаются явнополюсными или неявнополюсными.

Определение скорости вращения

Понятие «синхронный» означает, что число оборотов находится в прямой математической зависимости от частоты тока. Эта зависимость определяется по формуле n = 60*f/p, где:

Принцип работы СГ

Принцип действия машины в режиме синхронного генератора:

  1. При пропускании через обмотку возбуждения постоянного тока образуется стабильное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью.
  2. При вращении магнитного поля относительно проводников обмотки якоря возбуждаются переменные ЭДС.
  3. Переменные ЭДС суммируются, образуя ЭДС фаз. Трехфазная система образуется тремя одинаковыми обмотками, размещаемыми на якоре под электрическим углом друг к другу, равным 120°.

В случаях, если централизованное электроснабжение имеет недостаточную мощность или отсутствует, как, например, на удаленных стройплощадках, нефтегазодобывающих объектах, морских и воздушных судах, СГ в составе с двигателем внутреннего сгорания функционируют в автономном режиме. При необходимости создания мощных источников питания синхронные двигатели включают на параллельную работу. Такой способ включения позволяет более полно использовать мощность каждой машины и при необходимости выводить отдельные СГ в ремонт без прекращения эффективного электроснабжения потребителей.

Второй режим работы синхронной машины — выполнение функций электродвигателя. Обычно СГ востребован в качестве двигателя в высокомощных установках более 50 кВт. Для работы в режиме электродвигателя обмотку статора подключают к электросети, а обмотку ротора — к источнику постоянного тока. Вращающий момент возникает при взаимодействии вращающегося магнитного поля СГ с постоянным током обмотки возбуждения.

Принцип работы синхронного генератора

Синхронный генератор. Устройство генератора и принцип действия

Синхронный генератор – машина (механизм) переменного тока, которая преобразовывает определенный тип энергии в электроэнергию.

К таким устройствам относят электростатические машины, гальванические элементы, солнечные батареи, термобатареи и т. п. Использование каждого вида из перечисленных приборов определяется их техническими характеристиками.

Область применения

Применяют синхронные агрегаты как источники электроэнергии переменного тока: используют на мощных тепло-, гидро- и атомных станциях, на передвижных электрических станциях, транспортных системах (машинах, самолетах, тепловозах).

Синхронный агрегат способен работать автономно – генератором, который питает подключаемую к ней какую-либо нагрузку, либо параллельно с сетью - в нее подключены иные генераторы.

Синхронный агрегат может включать устройства в тех местах, где нет центрального питания электрических сетей. Данные приборы можно применять в фермерских хозяйствах, которые расположены далеко от населенных пунктов.

Описание прибора

Устройство синхронного генератора:

Синхронный генератор работает в качестве генераторов и моторов. Он может переходить от графика работы генератора к графику двигателя – это зависит от действия вращающей либо тормозящей силы прибора. В графике генератора в него входит механическая, а исходит электроэнергия. В графике двигателя в него входит электрическая, а исходит механическая энергия.

Прибор включается в цепь переменного тока разного типа нелинейных сопротивлений. Синхронные агрегаты являются генераторами переменного тока на электростанциях, а синхронные моторы используются тогда, когда необходим двигатель, что работает с постоянной крутящейся частотой.

Принцип работы агрегата

Работа синхронного генератора осуществляется по принципу электромагнитной индукции.

Во время холостого движения якорная (статорная) катушка разомкнута, поэтому магнитное поле агрегата формируется одной обмоткой ротора. Когда ротор крутится от проводного мотора, у него присутствует постоянная частота, роторное магнитное поле перемещается через проводники обмоток фаз статора и осуществляет наводку повторяющихся переменных токов – электродвижущую силу (ЭДС).

ЭДС носит синусоидальный, несинусоидальный либо пульсирующий характер.

Обмотка возбуждения предназначается для создания в генераторе первоначального магнитного поля, чтобы навести в катушку якоря электрическую движущую силу. В случае если якорь синхронного генератора приводят в движение путем вращения с определенной скоростью, затем возбуждают источником постоянных токов, то поток возбуждения переходит через проводники катушек статора, и в фазах катушки индуцируются переменные ЭДС.

Трехфазное устройство

Трехфазный синхронный генератор – устройство, имеющее трехфазную структуру переменного тока, которая имеет огромное практическое распространение. Крутящийся электромагнит способен образовывать магнитный поток (переменный), который перемещается через три фазы обмотки имеющегося статора.

Результатом этого является то, что в фазах происходит переменная ЭДС однотипной частоты, сдвиг фаз осуществляется под углом, равным одной третьей периода вращения магнитных полей.

Трехфазный синхронный генератор оборудован так, что на его валу якорь является электромагнитом и питается от генератора. Когда вал вращается, к примеру, от турбины, генератор поставляет электроток, в то время как обмотка ротора питается поставляемым током. От этого якорь становится электрическим магнитом и, осуществляя обороты с тем же валом, доставляет вращающееся электромагнитное поле.

Благодаря синхронным трехфазным гидро- и турбогенераторам производится большая часть электроэнергии.

Синхронные агрегаты применяются и в качестве электромоторов в таких устройствах, у которых мощность превышает 50 кВт. Во время работы синхронного агрегата в графике двигателя сам ротор соединяют с источником постоянных токов, статор же подключают к трехфазному кабелю.

Структуры возбуждения

Любые турбо-, гидро-, дизельные генераторы, синхронные компенсаторы, моторы, производимые на данный момент, оснащаются новейшими полупроводниковыми структурами, такими как возбуждение синхронных генераторов.

В данных структурах применяется метод выпрямления трехфазных переменных токов возбудителей высокой или промышленной частоты либо напряжения возбуждаемого агрегата.

Устройство генератора таково, что структуры возбуждения могут обеспечить такие параметры работы агрегата, как:

Разновидности агрегатов

Синхронный генератор (мотор) подразделяется на несколько моделей, которые предназначены для разнообразных целей:

Принцип действия синхронного трёхфазного генератора

Универсальный синхронный трёхфазный генератор представлен в виде специфического механизма переменного тока, который призван преобразовывать определённый тип энергии в электричество.

Именно этот агрегат отвечает за работоспособность солнечных батарей, электростатических машин, а также гальванических элементов.

На практике использование этих устройств определяется исключительно техническими характеристиками.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 5 чел.
Средний рейтинг: 3.2 из 5.

Генератор постоянного тока: устройство, принцип работы, классификация

На заре электрификации генератор постоянного тока оставался безальтернативным источником электрической энергии. Довольно быстро эти альтернаторы были вытеснены более совершенными и надёжными трехфазными генераторами переменного тока. В некоторых отраслях постоянный ток продолжал быть востребованным, поэтому устройства для его генерации совершенствовались и развивались.

Даже в наше время, когда изобретены мощные выпрямительные устройства, актуальность генераторов постоянного электротока не потерялась. Например, они используются для питания силовых линий на городском электротранспорте, используемых трамваями и троллейбусами. Такие генераторы по-прежнему используют в технике электросвязи в качестве источников постоянного электротока в низковольтных цепях.

Устройство и принцип работы

В основе действия генератора лежит принцип, вытекающий из закона электромагнитной индукции. Если между полюсами постоянного магнита поместить замкнутый контур, то при вращении он будет пересекать магнитный поток (см. рис. 1). По закону электромагнитной индукции в момент пересечения индуцируется ЭДС. Электродвижущая сила возрастает по мере приближения проводника к полюсу магнита. Если к коллектору (два жёлтых полукольца на рисунке) подсоединить нагрузку R, то через образованную электрическую цепь потечёт ток.

Рис. 1. Принцип действия генератора постоянного тока

По мере выхода витков рамки из зоны действия магнитного потока ЭДС ослабевает и приобретает нулевое значение в тот момент, когда рамка расположится горизонтально. Продолжая вращение контура, его противоположные стороны меняют магнитную полярность: часть рамки, которая находилась под северным полюсом, занимает положение над южным магнитным полюсом.

Величины ЭДС в каждой активной обмотке контура определяются по формуле: e1 = Blvsinwt; e2 = -Blvsinwt; , где Bмагнитная индукция, l – длина стороны рамки, v – линейная скорость вращения контура, tвремя, wt – угол, под которым рамка пересекает магнитный поток.  

При смене полюсов меняется направление тока. Но благодаря тому, что коллектор поворачивается синхронно с рамкой, ток на нагрузке всегда направлен в одну сторону. То есть рассматриваемая модель обеспечивает выработку постоянного электричества. Результирующая ЭДС имеет вид: e = 2Blvsinwt, а это значит, что изменение она подчиняется синусоидальному закону.

Строго говоря, данная конструкция обеспечивает только полярность неподвижных щеток, но не устраняет пульсации ЭДС. Поэтому график сгенерированного тока имеет вид, как показано на рис.2.

Рисунок 2. График тока, выработанного примитивным генератором

Такой ток, за исключением редких случаев, не пригоден для использования. Приходится сглаживать пульсации до приемлемого уровня. Для этого увеличивают количество полюсов постоянных магнитов, а вместо простой рамки используют более сложную конструкцию – якорь, с большим числом обмоток и соответствующим количеством коллекторных пластин (см. рис. 3). Кроме того, обмотки соединяются разными способами, о чём речь пойдёт ниже.

Рис. 3. Ротор генератора

Якорь изготавливается из листовой стали. На сердечниках якоря имеются пазы, в которые укладываются несколько витков провода, образующего рабочую обмотку ротора. Проводники в пазах соединены последовательно и образуют катушки (секции), которые в свою очередь через пластины коллектора создают замкнутую цепь.

С точки зрения физики процесса генерации не имеет значения, какие детали вращаются – обмотки контура или сам магнит. Поэтому на практике якоря для маломощных генераторов делают из постоянных магнитов, а полученный переменный ток выпрямляют диодными мостами и другими схемами.

И напоследок: если на коллектор подать постоянное напряжение, то генераторы постоянного тока могут работать в режиме синхронных двигателей.

Конструкция двигателя (он же генератор) понятна из рисунка 4. Неподвижный статор состоит из двух сердечников полюсов, состоящих из ферримагнитных пластин, и обмоток возбуждения, соединённых последовательно. Щётки расположены по одной линии друг против друга. Для охлаждения обмоток используется вентилятор.

Рис. 4. Двигатель постоянного тока

Классификация

Различают два вида генераторов постоянного тока:

Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:

Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.

С параллельным возбуждением

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные  показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.

С независимым возбуждением

В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.

На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.

Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.

С последовательным возбуждением

Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.

В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.

Со смешанным возбуждением

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.

Технические характеристики генератора постоянного тока

Работу генератора характеризуют зависимости между основными величинами, которые называются его характеристиками. К основным характеристикам можно отнести:

Некоторые регулировочные характеристики и зависимости холостого хода мы раскрыли частично в разделе «Классификация». Остановимся кратко на внешних характеристиках, которые соответствуют работе генератора в номинальном режиме. Внешняя характеристика очень важна, так как она показывает зависимость напряжения от нагрузки, и снимается при стабильной скорости оборотов якоря.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением выглядит следующим образом: это кривая, зависимости напряжения от нагрузки (см. рис. 5).  Как видно на графике падение напряжения наблюдается, но оно не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости оборотов двигателя, вращающего якорь).

Рис. 5. Внешняя характеристика ГПТ

В генераторах с параллельным возбуждением зависимость напряжения от нагрузки сильнее выражена (см. рис. 6).  Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше нагрузочный ток, тем стремительнее будет падать напряжение на зажимах генератора. В частности, при постепенном падении сопротивления до уровня КЗ, напряжение падёт до нуля. Но резкое замыкание в цепи вызывает обратную реакцию генератора и может быть губительным для электрической машины этого типа.

Рис. 6. Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Увеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении ведёт к росту ЭДС. (см. верхнюю кривую на рис. 7). Однако напряжение (нижняя кривая) отстаёт от ЭДС, поскольку часть энергии расходуется на электрические потери от присутствующих вихревых токов.

Рис. 7. Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Обратите внимание на то, что при достижении своего максимума напряжение, с увеличением нагрузки, начинает резко падать, хотя кривая ЭДС продолжает стремиться вверх. Такое поведение является недостатком, что ограничивает применение альтернатора этого типа.

В генераторах со смешанным возбуждением предусмотрены встречные включения обеих катушек – последовательной и параллельной. Результирующая намагничивающая сила при согласном включении равна векторной сумме намагничивающих сил этих обмоток, а при встречном – разнице этих сил.

В процессе плавного увеличении нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня, напряжение на зажимах будет практически постоянным (кривая 2 на рис. 8). Увеличение напряжения наблюдается в том случае, если количество проводников последовательной обмотки будет превышать количество витков соответствующее номинальному возбуждению якоря (кривая 1).

Изменение напряжения для случая с меньшим числом витков в последовательной обмотке, изображает кривая 3. Встречное включение обмоток иллюстрирует кривая 4.

Рис. 8. Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением используют тогда, когда необходимо ограничить токи КЗ, например, при подключении сварочных аппаратов.

В нормально возбуждённых устройствах смешанного типа ток возбуждения постоянный и от нагрузки почти не зависит.

Реакция якоря

Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, то токи в его обмотке образуют собственное магнитное поле. Возникает магнитное сопротивление полей статора и ротора. Результирующее поле сильнее в тех точках, где якорь набегает на полюсы магнита, и слабее там, где он с них сбегает. Другими словами якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения в магнитопроводах. Результатом такой реакции является искрение щёток на коллекторных пластинах.

Снизить реакцию якоря можно путём применения компенсирующих дополнительных магнитных полюсов или сдвигом щёток с осевой линии геометрической нейтрали.

ЭДС

Среднее значение электродвижущей силы пропорционально магнитному потоку, количеству активных проводников в обмотках и частоте вращения якоря. Увеличивая или уменьшая указанные параметры можно управлять величиной ЭДС, а значит и напряжением. Проще всего, желаемого результата можно достичь путём регулировки частоты вращения якоря.

Мощность

Различают полную и полезную мощность генератора. При постоянной ЭДС полная мощность пропорциональна току: P = EIa. Отдаваемая в цепь полезная мощность P1 = UI.

КПД

Важной характеристикой альтернатора является его КПД – отношение полезной мощности к полной. Обозначим данную величину символом ηe. Тогда: ηe=P1/P.

На холостом ходе ηe = 0. максимальное значение КПД – при номинальных нагрузках. Коэффициент полезного действия в мощных генераторах приближается к 90%.

Применение

До недавнего времени использование тяговых генераторов постоянного тока на ж/д транспорте было безальтернативным. Однако уже начался процесс вытеснения этих генераторов синхронными трёхфазными устройствами. Переменный ток, синхронного альтернатора выпрямляют с помощью выпрямительных полупроводниковых установок.

На некоторых российских локомотивах нового поколения уже применяют асинхронные двигатели, работающие на переменном токе.

Похожая ситуация наблюдается с автомобильными генераторами. Альтернаторы постоянного тока заменяют асинхронными генераторами, с последующим выпрямлением.

Пожалуй, только передвижные сварочные аппараты с автономным питанием неизменно остаются в паре с альтернаторами постоянного тока. Не отказались от применения мощных генераторов постоянного тока также некоторые отрасли промышленности.

Видео по теме

Список использованной литературы

Электрогенератор - Electric generator - qaz.wiki

Устройство, преобразующее другую энергию в электрическую.

US NRC изображение современного паротурбинного генератора (ПТГ).

В производстве электроэнергии , A - генератор представляет собой устройство , которое преобразует движущую силу ( механическая энергия ) в электрическую энергию для использования во внешнем контуре . Источники механической энергии включают паровые турбины , газовые турбины , водяные турбины , двигатели внутреннего сгорания , ветряные турбины и даже ручные кривошипы . Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея , был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем . Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей .

Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем , а двигатели и генераторы имеют много общего. Многие двигатели могут иметь механический привод для выработки электроэнергии; часто они делают приемлемые ручные генераторы.

Терминология

Электромагнитные генераторы делятся на две большие категории: динамо-машины и генераторы переменного тока.

Механически генератор состоит из вращающейся части и неподвижной части:

Одна из этих частей генерирует магнитное поле, другая имеет проволочную обмотку, в которой изменяющееся поле индуцирует электрический ток:

Якорь может находиться либо на роторе, либо на статоре, в зависимости от конструкции, с катушкой возбуждения или магнитом на другой части.

История

До открытия связи между магнетизмом и электричеством были изобретены электростатические генераторы . Они работали на принципах электростатики , используя движущиеся электрически заряженные ленты, пластины и диски, которые переносили заряд на электрод с высоким потенциалом. Заряд генерировался одним из двух механизмов: электростатической индукцией или трибоэлектрическим эффектом . Такие генераторы генерировали очень высокое напряжение и слабый ток . Из-за своей неэффективности и сложности изолирования машин, вырабатывающих очень высокое напряжение, электростатические генераторы имели низкие номинальные мощности и никогда не использовались для выработки коммерчески значимых количеств электроэнергии. Их единственное практическое применение заключалось в питании первых рентгеновских трубок , а затем и некоторых ускорителей атомных частиц .

Генератор диска Фарадея

Диск Фарадея был первым электрическим генератором. Магнит в форме подковы (A) создавал магнитное поле через диск (D) . Когда диск поворачивался, это индуцировало электрический ток радиально наружу от центра к ободу. Ток выходил через скользящий пружинный контакт m , через внешнюю цепь и обратно в центр диска через ось.

Принцип действия электромагнитных генераторов был открыт в 1831–1832 годах Майклом Фарадеем . Принцип, позже названный законом Фарадея , заключается в том, что электродвижущая сила создается в электрическом проводнике, который окружает переменный магнитный поток .

Он также построил первый электромагнитный генератор, названный диском Фарадея ; тип униполярного генератора , использующий медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита . Он производил небольшое постоянное напряжение .

Эта конструкция была неэффективной из - за отмены самостоятельно противотоков тока в областях диска , которые не находились под воздействием магнитного поля. В то время как ток индуцировался непосредственно под магнитом, он циркулировал в обратном направлении в областях, которые были вне влияния магнитного поля. Этот противоток ограничивал мощность, подаваемую на провода датчика, и вызывал избыточный нагрев медного диска. Более поздние униполярные генераторы решат эту проблему, используя массив магнитов, расположенных по периметру диска, чтобы поддерживать эффект постоянного поля в одном направлении тока.

Другим недостатком было то, что выходное напряжение было очень низким из-за единственного пути тока через магнитный поток. Экспериментаторы обнаружили, что использование нескольких витков провода в катушке может производить более высокие и полезные напряжения. Поскольку выходное напряжение пропорционально количеству витков, генераторы можно легко спроектировать для получения любого желаемого напряжения путем изменения числа витков. Проволочные обмотки стали основой всех последующих конструкций генераторов.

Джедлик и явление самовозбуждения

Независимо от Фарадея, Аньос Йедлик в 1827 году начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он назвал электромагнитными самовращающимися роторами . В прототипе однополюсного электростартера (законченного между 1852 и 1854 годами) как неподвижная, так и вращающаяся части были электромагнитными. Это было также открытие принципа самовозбуждения динамо , который пришел на смену постоянным магнитам. Он также, возможно, сформулировал концепцию динамо-машины в 1861 году (до Сименса и Уитстона ), но не запатентовал ее, так как думал, что не был первым, кто это понял.

Генераторы постоянного тока

Эта большая сильноточная динамо - машина с ременным приводом вырабатывала 310 ампер при напряжении 7 вольт. Динамо-машины больше не используются из-за размера и сложности коммутатора, необходимого для приложений большой мощности.

Катушка из проволоки , вращающейся в магнитном поле создает ток , который изменяет направление с каждым разворотом на 180 °, переменный ток (АС). Однако для многих ранних применений электроэнергии требовался постоянный ток (DC). В первых практических электрических генераторах, называемых динамо , переменный ток преобразовывался в постоянный ток с помощью коммутатора , набора вращающихся переключающих контактов на валу якоря. Коммутатор менял местами подключение обмотки якоря к цепи каждые 180 ° поворота вала, создавая пульсирующий постоянный ток. Одна из первых динамо-машин была построена Ипполитом Пикси в 1832 году.

Динамо был первым электрическим генератором , способным выдавать мощность для промышленности. Вулрич Электрический генератор 1844, в настоящее время в Thinktank, Бирмингем Музей науки , является самым ранним электрический генератор используется в промышленном процессе. Он использовался фирмой Elkingtons для промышленного гальванического покрытия .

Современная динамо-машина, пригодная для использования в промышленности, была независимо изобретена сэром Чарльзом Уитстоном , Вернером фон Сименсом и Самуэлем Альфредом Варли . Варлей получил патент 24 декабря 1866 года, в то время как Сименс и Уитстон объявили о своих открытиях 17 января 1867 года, последний представил доклад о своем открытии Королевскому обществу .

«Динамо-электрическая машина» использовала автономные катушки электромагнитного поля, а не постоянные магниты для создания поля статора. Конструкция Уитстона была похожа на конструкцию Сименса, с той разницей, что в конструкции Сименса электромагниты статора были включены последовательно с ротором, но в конструкции Уитстона они были параллельны. Использование электромагнитов вместо постоянных магнитов значительно увеличило выходную мощность динамо-машины и впервые позволило выработать высокую мощность. Это изобретение привело к первому значительному промышленному использованию электричества. Например, в 1870-х годах Сименс использовал электромагнитные динамо-машины для питания электродуговых печей для производства металлов и других материалов.

Разработанная динамо-машина состояла из стационарной конструкции, обеспечивающей магнитное поле, и набора вращающихся обмоток, которые вращаются в этом поле. На более крупных машинах постоянное магнитное поле создается одним или несколькими электромагнитами, которые обычно называют катушками возбуждения.

Динамо-машины для генерации большой мощности сейчас редко можно увидеть из-за почти повсеместного использования переменного тока для распределения энергии. До внедрения переменного тока единственными средствами производства и распределения электроэнергии были очень большие динамо-машины постоянного тока. Переменный ток стал доминирующим из-за способности переменного тока легко преобразовываться в и из очень высоких напряжений, чтобы обеспечить низкие потери на больших расстояниях.

Синхронные генераторы (генераторы переменного тока)

Благодаря ряду открытий динамо-машина была заменена многими более поздними изобретениями, особенно генератором переменного тока , который был способен генерировать переменный ток . Обычно это синхронные генераторы (SG). Синхронные машины напрямую подключены к сети и должны быть правильно синхронизированы во время запуска. Более того, их привлекает особый контроль, повышающий стабильность энергосистемы.

Системы генерации переменного тока были известны в простых формах из первоначального открытия Майклом Фарадеем магнитной индукции электрического тока . Сам Фарадей построил первый генератор переменного тока. Его машина представляла собой «вращающийся прямоугольник», работа которого была гетерополярной - каждый активный проводник последовательно проходил через области, где магнитное поле было в противоположных направлениях.

Большие двухфазные генераторы переменного тока были построены британским электриком Дж. Э. Гордоном в 1882 году. Первую публичную демонстрацию «системы генератора переменного тока» провел Уильям Стэнли-младший , сотрудник Westinghouse Electric в 1886 году.

Себастьян Зиани де Ферранти основал Ферранти, Томпсон и Инс в 1882 году для продажи своего генератора переменного тока Ферранти-Томпсона , изобретенного с помощью известного физика лорда Кельвина . Его ранние генераторы генерировали частоты от 100 до 300 Гц . В 1887 году Ферранти спроектировал Дептфордскую электростанцию для Лондонской корпорации электроснабжения с использованием системы переменного тока. После завершения строительства в 1891 году это была первая по-настоящему современная электростанция, вырабатывающая высоковольтную энергию переменного тока, которая затем была уменьшена для использования потребителями на каждой улице. Эта базовая система по-прежнему используется во всем мире.

Небольшой генератор переменного тока для электростанции начала 1900-х годов мощностью 75 кВА с прямым приводом и отдельным генератором возбудителя с ременным приводом.

После 1891 года были введены многофазные генераторы переменного тока для питания токов нескольких различных фаз. Более поздние генераторы были разработаны для изменения частот переменного тока от шестнадцати до примерно ста герц, для использования с дуговой подсветкой, лампами накаливания и электродвигателями.

Самовозбуждение

По мере роста требований к более крупномасштабной выработке электроэнергии возникло новое ограничение: магнитные поля, создаваемые постоянными магнитами. Отвод небольшого количества энергии, генерируемой генератором, на катушку электромагнитного поля, позволял генератору производить значительно большую мощность. Эта концепция получила название самовозбуждения .

Катушки возбуждения включены последовательно или параллельно обмотке якоря. Когда генератор впервые начинает вращаться, небольшое количество остаточного магнетизма, присутствующее в железном сердечнике, создает магнитное поле для его запуска, генерируя небольшой ток в якоре. Он протекает через катушки возбуждения, создавая большее магнитное поле, которое генерирует больший ток якоря. Этот процесс начальной загрузки продолжается до тех пор, пока магнитное поле в сердечнике не выровняется из-за насыщения, и генератор не достигнет установившейся выходной мощности.

Генераторы очень больших электростанций часто используют отдельный генератор меньшего размера для возбуждения катушек возбуждения большей. В случае серьезного повсеместного отключения электроэнергии, когда произошло разделение электростанций, станциям может потребоваться выполнить черный пуск, чтобы возбудить поля своих крупнейших генераторов, чтобы восстановить энергоснабжение потребителей.

Специализированные типы генераторов

Постоянный ток (DC)

Динамо использует коммутаторы для получения постоянного тока. Он самовозбуждается , т. Е. Его полевые электромагниты питаются от собственного выхода машины. Другие типы генераторов постоянного тока используют отдельный источник постоянного тока для питания своих полевых магнитов.

Униполярный генератор

Униполярный генератор - это электрический генератор постоянного тока, содержащий электропроводящий диск или цилиндр, вращающийся в плоскости, перпендикулярной однородному статическому магнитному полю. Между центром диска и ободом (или концами цилиндра) создается разность потенциалов, электрическая полярность которой зависит от направления вращения и ориентации поля.

Он также известен как униполярный генератор , ациклический генератор , дисковая динамо-машина или диск Фарадея . Напряжение обычно низкое, порядка нескольких вольт в случае небольших демонстрационных моделей, но большие исследовательские генераторы могут вырабатывать сотни вольт, а в некоторых системах есть несколько генераторов, подключенных последовательно, для создания еще большего напряжения. Они необычны тем, что могут производить огромный электрический ток, иногда более миллиона ампер , потому что можно сделать униполярный генератор с очень низким внутренним сопротивлением.

Магнитогидродинамический (МГД) генератор

Магнитогидродинамический генератор напрямую извлекает электроэнергию из движущихся горячих газов через магнитное поле без использования вращающихся электромагнитных механизмов. Первоначально МГД-генераторы были разработаны, потому что выходной сигнал плазменного МГД-генератора представляет собой пламя, способное нагревать котлы паровой электростанции . Первой практичной конструкцией был AVCO Mk. 25, разработанный в 1965 году. Правительство США профинансировало существенные разработки, кульминацией которых стала демонстрационная установка мощностью 25 МВт в 1987 году. В Советском Союзе с 1972 года до конца 1980-х годов МГД-установка U 25 регулярно эксплуатировалась в энергосистеме Москвы с рейтинг 25 МВт, самый большой рейтинг МГД в мире на то время. Генераторы MHD, работающие в режиме долива , в настоящее время (2007 г.) менее эффективны, чем газовые турбины комбинированного цикла .

Переменный ток (AC)

Индукционный генератор

Асинхронные двигатели переменного тока могут использоваться как генераторы, преобразующие механическую энергию в электрический ток. Индукционные генераторы работают за счет механического вращения своего ротора со скоростью, превышающей синхронную скорость, что приводит к отрицательному скольжению. Обычный асинхронный двигатель переменного тока обычно можно использовать в качестве генератора без каких-либо внутренних изменений. Индукционные генераторы полезны в таких приложениях, как мини-гидроэлектростанции, ветряные турбины или для уменьшения газовых потоков высокого давления до более низкого давления, поскольку они могут восстанавливать энергию с помощью относительно простых средств управления. Для них не требуется цепь возбудителя, поскольку вращающееся магнитное поле создается индукцией от цепи статора. Они также не требуют оборудования для регулятора скорости, поскольку по своей природе работают на частоте подключенной сети.

Для работы индукционный генератор необходимо возбуждать опережающим напряжением; Обычно это делается путем подключения к электрической сети, или иногда они самовозбуждаются с помощью фазокорректирующих конденсаторов.

Линейный электрогенератор

В простейшем варианте линейного электрического генератора скользящий магнит перемещается вперед и назад через соленоид - катушку с медной проволокой. Переменный ток индуцируется в петлях проволоки закона индукции Фарадея каждый раз , когда магнит скользит через. Этот тип генератора используется в фонарике Фарадея . В волновых схемах питания используются более крупные линейные генераторы электроэнергии .

Генераторы постоянной частоты с регулируемой частотой вращения

Многие попытки использования возобновляемых источников энергии пытаются использовать естественные источники механической энергии (ветер, приливы и т. Д.) Для производства электроэнергии. Поскольку мощность этих источников колеблется, стандартные генераторы, использующие постоянные магниты и фиксированные обмотки, будут выдавать нерегулируемые напряжение и частоту. Накладные расходы на регулирование (перед генератором через редуктор или после генерации электрическими средствами) высоки пропорционально доступной естественной энергии.

Новые конструкции генераторов, такие как асинхронный или индукционный генератор с одинарным питанием, генератор с двойным питанием или генератор с бесщеточным ротором и двойным питанием, находят успех в применениях с регулируемой скоростью и постоянной частотой, таких как ветряные турбины или другие технологии возобновляемой энергии . Таким образом, в определенных случаях использования эти системы предлагают преимущества по стоимости, надежности и эффективности.

Общие варианты использования

Электростанция

Электростанция , также упоминается как электростанция или электростанция , а иногда генерирующей станция или станция , генерирующей , является промышленным объектом для генерации в электроэнергии . Большинство электростанций содержат один или несколько генераторов - вращающуюся машину, которая преобразует механическую энергию в трехфазную электрическую энергию . Относительное движение между магнитным полем и проводником создает электрический ток . Источник энергии, используемый для поворота генератора, сильно различается. Большинство электростанций в мире используют ископаемое топливо, такое как уголь , нефть и природный газ, для выработки электроэнергии. Более чистые источники включают ядерную энергию и растущее использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная , ветровая , волновая и гидроэлектрическая .

Автомобильные генераторы

Дорожная техника

Автотранспортным средствам требуется электрическая энергия для питания своих приборов, поддержания работы двигателя и подзарядки батарей. Примерно до 1960-х годов в автомобилях, как правило, использовались генераторы постоянного тока (динамо- машины ) с электромеханическими регуляторами. Следуя описанной выше исторической тенденции и по многим из тех же причин, они были заменены генераторами переменного тока со встроенными выпрямительными цепями.

Велосипеды

Велосипедам требуется энергия для питания ходовых огней и другого оборудования. На велосипедах используются два распространенных типа генераторов: бутылочные динамо-машины, которые задействуют шину велосипеда по мере необходимости, и динамо-втулки, которые непосредственно прикрепляются к приводной передаче велосипеда. Название условно, поскольку это небольшие генераторы с постоянными магнитами, а не машины постоянного тока с самовозбуждением, как динамо . Некоторые электрические велосипеды способны к рекуперативному торможению , когда приводной двигатель используется в качестве генератора для восстановления некоторой энергии во время торможения.

Парусные лодки

Парусные лодки могут использовать водяной или ветровой генератор для подзарядки аккумуляторов. Небольшой пропеллер , ветряная турбина или крыльчатка подключены к маломощному генератору для подачи токов с типичной скоростью ветра или крейсерской скоростью.

Электрические скутеры

Электросамокаты с рекуперативным торможением стали популярными во всем мире. Инженеры используют системы рекуперации кинетической энергии на скутере, чтобы снизить потребление энергии и увеличить его диапазон до 40-60% за счет простой рекуперации энергии с помощью магнитного тормоза, который генерирует электрическую энергию для дальнейшего использования. Современные автомобили развивают скорость до 25–30 км / ч и могут разгоняться до 35–40 км.

Генераторная установка

Двигатель-генератор представляет собой сочетание электрического генератора и двигателя ( тягача ) смонтированы вместе , чтобы сформировать одну часть автономного оборудования. Обычно используются поршневые двигатели, но также можно использовать газовые турбины. И есть даже гибридные дизель-газовые агрегаты, называемые двухтопливными. Доступно множество различных версий двигателей-генераторов - от очень маленьких переносных бензиновых агрегатов до больших турбинных установок. Основным преимуществом двигателей-генераторов является возможность независимого электроснабжения, что позволяет использовать их в качестве резервного источника питания.

Электрические генераторы с приводом от человека

Генератор также может приводиться в движение силой мускулов человека (например, в оборудовании полевых радиостанций).

Протестующие на « Захвати Уолл-стрит» используют велосипеды, подключенные к мотору и одностороннему диоду, для зарядки аккумуляторов своей электроники.

Электрогенераторы, приводимые в действие человеком, коммерчески доступны и были проектом некоторых энтузиастов DIY . Обычно такие генераторы работают от педали, переделанного велотренажера или ножного насоса, и их можно практически использовать для зарядки аккумуляторов, а в некоторых случаях они разработаны со встроенным инвертором. Средний «здоровый человек» может стабильно производить 75 Вт (0,1 лошадиных сил) в течение полных восьми часов, в то время как «спортсмен первого класса» может производить примерно 298 Вт (0,4 лошадиных силы) за аналогичный период. По окончании которого потребуется неопределенный период отдыха и восстановления. При мощности 298 Вт средний «здоровый человек» истощается в течение 10 минут. Полезная электрическая мощность, которая может быть произведена, будет меньше из-за эффективности генератора. Переносные радиоприемники с рукояткой сделаны для снижения требований к приобретению батарей, см. Радиоприемник с часовым механизмом . В середине 20-го века радиоприемники с педальным приводом использовались повсюду в австралийской глубинке для обеспечения школьного образования ( Воздушная школа ), медицинских и других нужд на удаленных станциях и в городах.

Механическое измерение

Тахогенератор - это электромеханическое устройство, вырабатывающее выходное напряжение, пропорциональное скорости вращения вала. Его можно использовать для индикатора скорости или в системе управления скоростью с обратной связью. Тахогенераторы часто используются для питания тахометров для измерения скорости электродвигателей, двигателей и оборудования, которое они питают. Генераторы генерируют напряжение, примерно пропорциональное скорости вала. Благодаря точной конструкции и конструкции генераторы могут быть сконструированы так, чтобы производить очень точные напряжения для определенных диапазонов скоростей вала.

Эквивалентная схема

Эквивалентная схема генератора и нагрузки.

Эквивалентная схема генератора и нагрузки показана на соседней диаграмме. Генератор представляет собой абстрактный генератор, состоящий из идеального источника напряжения и внутреннего импеданса. Параметры генератора и его параметры могут быть определены путем измерения сопротивления обмотки (с поправкой на рабочую температуру ) и измерения напряжения холостого хода и напряжения нагрузки для определенной токовой нагрузки. Vграмм{\ displaystyle V _ {\ text {G}}}рграмм{\ displaystyle R _ {\ text {G}}}

Это простейшая модель генератора, для более точного представления могут потребоваться дополнительные элементы. В частности, можно добавить индуктивность, чтобы учесть обмотки машины и магнитный поток рассеяния, но полное представление может стать гораздо более сложным, чем это.

Смотрите также

Ссылки

Устройство генератора тока | У электрика.ру

Приветствую всех на нашем сайте. Сегодня мы поговорим об устройстве генератора тока. Попробуем максимально охватить данную тему  и рассмотреть устройство  генераторов постоянного и переменного токов.

На самом деле, не совсем верно называть это устройство генератором именно переменного или постоянного тока, поскольку, ток возникает только в замкнутом контуре. В общем, в обмотках генератора возникает ЭДС, а не ток. Ток начинает протекать только тогда, когда к обмоткам подключается какой-либо потребитель. Однако, в этой статье мы будем пользоваться устоявшимися понятиями.

Какие бы ни были электрические генераторы основной их принцип – выработка электрической энергии за счёт вращения обмотки в магнитном поле. Это значит, что можно выделить два схематических вида генераторов: либо мы вращаем магнитное поле в неподвижном проводнике, либо вращаем проводник в неподвижном магнитном поле.

Содержание:

Устройство генератора переменного тока

Итак, относительно устройства генератора переменного тока и принципа его действия.

Наибольшее распространение получили генераторы переменного тока с неподвижным проводником. Обусловлено это тем, что ток возбуждения по отношению к току, который получают с генератора, небольшой. Если посмотрите на картинку, то увидите два кольца, по которым протекает ток обмотки возбуждения и это слабое звено любого генератора с обмоткой возбуждения. То есть, либо по кольцам через щётки мы подаем небольшой ток возбуждения, либо через кольца снимаем большой рабочий ток. В электричестве неподвижная часть генераторов или двигателей, на которой находится обмотка, называется статором. Подвижная часть может называться ротором или якорем.

Основные виды генераторов переменного тока

Видов генераторов довольно много. Попробуем классифицировать их по основным направлениям.

Есть и другие типы, но они менее распространены.

Синхронный генератор : схема, устройство, принцип работы

Что значит синхронный по отношению к двигателю или генератору? Если совсем просто, то частота переменного тока жёстко зависит от скорости вращения ротора электрической машины и наоборот. Таким образом, можно относительно легко контролировать частоту переменного тока. Сам по себе синхронный генератор имеет ряд преимуществ, благодаря которым стал наиболее распространенным. Скажу вам по большому секрету, именно синхронные генераторы используются на всех станциях, где производят электричество.

Приводным двигателем (на схеме обозначен как ПД) может выступать любое вращающее устройство: двигатель, турбина, крыльчатка ветряной мельницы или водяного колеса. На одном валу с ПД находится ротор генератора с обмоткой возбуждения. На обмотку подается постоянное напряжение и вокруг обмотки образуется магнитное поле. Когда ротор вращается, в обмотках статора возникает ЭДС, то есть появляется напряжение, только уже переменное, частота которого зависит от скорости вращения ротора n1 и количества пар полюсов p. Частоту ЭДС можно высчитать по формуле.

Асинхронный генератор: схема, устройство, принцип работы

Устройство асинхронного генератора

Асинхронный генератор, это, по сути, асинхронный двигатель. То есть, любой асинхронный двигатель можно перевести в режим генерации энергии и наоборот. Конструктивно, устройство, которое называют генератором, выполнено таким образом, чтобы иметь хорошее охлаждение. Глубоко останавливаться на принципе действия асинхронных машин не будем, но вкратце расскажу, почему их называют асинхронными на примере двигателя.

Когда на обмотки статора подается напряжение, образуется магнитное поле, у трёхфазных двигателей оно круговое, у однофазных эллипсообразное, стремящееся к круговому. Магнитное поле начинает пересекать витки обмотки статора. В короткозамкнутой обмотке ротора возникает ЭДС, то есть напряжение, а поскольку обмотка короткозамкнутая, по ней начинает протекать ток, который тоже создает магнитное поле. Взаимодействие этих магнитных полей приводит ротор в движение. Что будет, если скорость ротора станет равна скорости магнитного поля, создаваемого статором? Правильно, магнитное поле статора перестанет пересекать обмотку ротора. Это можно сравнить с тем, что две машины двигаются на одинаковой скорости. Вроде бы машины двигаются, но при этом по отношению друг к другу они словно стоят на месте, просто земля с большой скоростью проносится под машинами. Так вот, как только скорость ротора и скорость магнитного поля статора станут одинаковыми, в обмотке ротора перестанет вырабатываться ЭДС, прекратится взаимодействие магнитных полей статора и ротора и ротор начнёт останавливаться. Поэтому скорость вращения ротора асинхронного двигателя всегда несколько меньше скорости вращения магнитного поля статора и эта величина называется скольжение.

Так вот, чтобы асинхронный двигатель стал генератором, надо определить скольжение и увеличить скорость вращения ротора на эту величину. Допустим, мы имеем однополюсный трехфазный асинхронный двигатель со скоростью вращения вала 2800 оборотов. Если бы такой двигатель был синхронным, скорость вращения составила бы 3000 оборотов. То есть скольжение составляет 200 оборотов в минуту. Это значит, что если мы начнём вращать ротор со скоростью 3200 оборотов в минуту, то двигатель перейдёт в генераторный режим и будет уже не потреблять, а вырабатывать ЭДС.

Сложность применения таких генераторов в том, что они подвержены провалам. Например, если включить активную нагрузку (лампочку накаливания или нагреватель), пусковой ток будет небольшим. Значительной перегрузки не произойдет, и генератор будет работать стабильно. Если же включить реактивную нагрузку, например, двигатель, то будет большой пусковой ток, превышающий номинальный в 5-20 раз, который «провалит» генератор, то есть вызовет резкое падение напряжения на обмотках генератора. После такого провала асинхронный генератор снова нужно возбуждать. Так что, простота асинхронного генератора перевешивается серьезным недостатком.

Ну и еще нужна конденсаторная установка для возбуждения короткозамкнутой обмотки ротора. Если подобрать неверно ёмкость конденсаторов, то в случае «недобора» от генератора мы получим меньше тока, а в случае «перебора», наш генератор будет сильно перегреваться.

Схемы подключения

Собственно, даже не схемы включения, а варианты. Их, как правило, три:

Однофазный генератор

Здесь я подробно останавливаться не буду. Такие устройства сейчас можно встретить в любом магазине инструментов. Если однофазный генератор используется как запасной источник электроэнергии, то подключается к домовой сети, как правило, посредством рубильника. То есть, одновременно внешний источник питания и генератор на одну сеть не могут – либо то, либо другое. Во-первых, незачем, во-вторых, это сильно усложнило бы и увеличило стоимость бытовых генераторов. Единственное, на чём могу здесь остановиться, это включение однофазного генератора в трёхфазную сеть.

Включение однофазного генератора в трёхфазную сеть

Однако у такого метода есть свой недостаток. Трёхфазные двигатели в такой сети работать не будут, если же их включить, то очень быстро нагреются и выйдут из строя.

Трехфазный генератор

Трёхфазные генераторы могут быть бытовыми и промышленными. Устройство генератора трёхфазного тока в бытовом варианте практически ничем не отличается от однофазного, как и схема включения. Единственное условие при включении бытового генератора в сеть, если в такой сети имеются трёхфазные двигатели – соблюдать очередность фаз. В случае же, если нагрузка в доме однофазная, то такой предосторожностью можно пренебречь.

Устройство генератора трёхфазного тока в промышленном варианте – это устройство, оснащенное автоматическим пуском и иногда может быть оснащено устройством синхронизации. Подключение таких генераторов лучше доверить специалистам.

Ну а бытовой генератор точно так же, как и однофазный включается в сеть через рубильник. Следовательно, в зависимости от положения рубильника работает либо внешний источник питания, либо генератор.

Устройство генератора постоянного тока

Чтобы узнать, что такое генератор постоянного тока, устройство и принцип действия вернёмся немного назад. Мы уже выяснили, как работает генератор переменного тока. Давайте подробнее рассмотрим процесс возникновения ЭДС. Поскольку ротор вращается, у нас есть цикл равный одному обороту ротора или 360°. Давайте узнаем, что происходит в этом цикле:

Как же сделать так, чтобы не менялась полярность напряжения? Великие умы придумали следующее – применить коллектор, то есть, снимать напряжение только нужной полярности. Помните, мы говорили, что в генераторе переменного тока, рабочей является обмотка статора, а на роторе находится обмотка возбуждения. Так вот, в генераторе постоянного тока напряжение снимается только с ротора, который называется якорем.

Схема генератора постоянного тока

Если такой генератор будет иметь только одну пару полюсов, как на картинке, то мы получим пульсирующее постоянное напряжение, где частота будет в два раза больше скорости вращения. То есть, если скорость вращения будет 50 оборотов в секунду, то частота пульсации будет 100 Гц. Чтобы снизить пульсацию напряжения увеличивают количество пар полюсов.

С момента изобретения генератора постоянного тока схематично и по принципу действия он практически не изменился, изменилась лишь технология изготовления и сейчас он выглядит так:

Основные виды генераторов постоянного тока

В настоящее время набирают популярность двигатели постоянного тока без коллектора. Возможен ли вариант бесколлекторного генератора? К сожалению, пока решить эту задачу не удалось. Так что, если вы где-то увидите название «Бесколлекторный генератор постоянного тока», знайте, что это генератор переменного тока с выпрямительным блоком.

По этой причине, генераторы постоянного тока характеризуют только по типу возбуждения:

  1. Генераторы, возбуждаемые магнитами. Большую мощность такие генераторы развить не могут, поэтому нашли применение только там, где требуются небольшие мощности. Ну и, конечно же, применение магнитов ощутимо удешевляет стоимость таких генераторов.
  2. Независимое возбуждение. Точно так же, как и у генераторов переменного тока, для возбуждения применяется внешний источник питания, не связанный с генератором.
  3. Зависимое возбуждение, которое делится на три типа:
    • Параллельное возбуждение. Как можно понять из названия, обмотка возбуждения в таком генераторе подключена параллельно обмотке якоря. Иногда такой вид возбуждения называют шунтовый.
    • Последовательное возбуждение. Здесь обмотка возбуждения подключается как гирлянда, последовательно обмотке якоря. Такой вид иногда называют сериесным.
    • Смешанное возбуждение или компаундное. Обмотка возбуждения таких генераторов состоит из двух частей, первая подключается шунтовым методом, вторая сериесным.
Генераторы с независимым возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора независимого возбуждения

Принцип работы этого генератора довольно прост. Однако простота генератора является его же недостатком – он требует внешнего независимого источника питания. Якорь генератора разгоняют до необходимой скорости, затем с помощью реостата начинают возбуждать генератор. На обмотках якоря возникает ЭДС и при подключении нагрузки начинает протекать ток.

Нагрузочная способность такого генератора очень хорошая. Как правило, разница между напряжением холостого хода, когда нагрузка не подключена и напряжением при номинальной нагрузке генератора, когда потребитель загружает полностью – составляет всего 5-10%.

Преимущество генератора с независимым возбуждением ещё и в том, что его можно запускать под нагрузкой, то есть, с присоединенными электроприборами.

Генераторы с параллельным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора параллельного возбуждения

У генератора с параллельным включением обмотки возбуждения, в принципе, тоже неплохие нагрузочные характеристики, хотя и несколько хуже, чем у схем с независимым возбуждением – 10-30%. У схем с зависимым возбуждением есть одна особенность, для того, чтобы произошло возбуждение, металл генератора должен иметь остаточную намагниченность. Достаточно 2-3% остаточной намагниченности чтобы запустился процесс самовозбуждения. Конечно же, при этом направление обмотки возбуждения должно совпадать с направлением поля остаточной намагниченности.

Якорь генератора раскручивают до номинальных оборотов, за счет остаточного намагничивания происходит самовозбуждение, то есть, в контуре генератор-обмотка возбуждения появляется ЭДС, появляется небольшой ток. Он увеличивает ЭДС, следовательно, ток снова увеличивается и так происходит до тех пор, пока не будет достигнут баланс между падением напряжения в обмотке генератора и падением напряжения в обмотке возбуждения.

В работе генератора есть одна особенность. Если плавно увеличивать нагрузку вплоть до короткого замыкания, то в какой-то момент мощность генератора достигнет пиковых значений, затем пойдет на спад. По сути, если в момент номинальной загрузки генератора устроить короткое замыкание, то ничего страшного не произойдет. Но если это сделать при небольшой нагрузке, то ток короткого замыкания достигает критических значений 8-10 Iн, а значит, такие генераторы крайне настоятельно рекомендуется защищать от короткого замыкания любым доступным способом.

Такие генераторы получили наибольшее распространение, поскольку не требуют внешних источников питания, имеют неплохую нагрузочную способность и позволяют контролировать ток возбуждения.

Генераторы с последовательным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора последовательного возбуждения

Поскольку ток обмотки возбуждения в данном случае равен току в цепи, а значит, достигает больших значений, обмотка возбуждения выполняется толстым проводом и имеет меньшее количество витков, чем в предыдущих двух схемах. Принцип работы такой же, как и у предыдущей схемы. Обмотка и поле остаточной намагниченности должны совпадать по направлению. При раскручивании якоря до номинальной частоты возникает ЭДС, поднимается ток и дальше по нарастающей, пока не будет достигнут баланс.

Но здесь есть один небольшой нюанс. Ток обмотки возбуждения изменяется от тока нагрузки, и регулировать ток возбуждения возможности нет. А это приводит к тому, что очень сильно изменяется и напряжение. Здесь мы получаем самый настоящий генератор тока, а не напряжения. Именно поэтому область применения генератора с последовательным возбуждением сильно ограничена.

Генераторы со смешанным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора со смешанным возбуждением

На этом типе соединения нужно остановиться подробнее. У нас есть две обмотки, а значит, их можно включать как согласованно, так и встречно. Здесь я приведу график внешних характеристик  такого генератора, и мы по ним пройдемся.

График внешних характеристик генератора постоянного тока со смешанным возбуждением

Итак, раскручиваем якорь до номинальных оборотов. Остаточная намагниченность возбуждает параллельную обмотку, генератор выходит на рабочий режим. Теперь, если мы подключим нагрузку, при этом последовательная обмотка включена согласованно, то возникает дополнительный ток возбуждения. Последовательная обмотка становится, как бы, поддерживающей или опорной. Этот вид включения, если последовательная обмотка была рассчитана, как компенсирующая, позволяет довольно жестко поддерживать напряжение в заданных пределах. На графике это очень хорошо видно по кривой №1.

Если требуется получить некий запас напряжения, например, генератор находится на значительном удалении от потребителя и требуется учесть потери на кабельных линиях, то в последовательной катушке возбуждения увеличивают количество витков. Тем самым, мы получаем более крутую внешнюю характеристику, но поддержание напряжения на номинальных нагрузках остается по-прежнему жестким. Это видно по кривой №2.

Для сравнения, кривая №3 показывает внешнюю характеристику генератора только с параллельным возбуждением.

Так зачем же требуется встречное включение катушек возбуждения? Если вы посмотрите на кривую №4, то можете догадаться, что в случае короткого замыкания, ток возрастает до определенного момента, затем начинает падать. Из графика видно, что ток не достигает даже номинального значения, то есть, примерно 0,7 Iн. В таком варианте включения обмоток генератор без риска повреждения можно использовать для частых коротких замыканий, например сварочные работы.

К сожалению, у всех схем, где используется зависимое возбуждение, есть один существенный недостаток. Поскольку это трудно назвать возбуждением, скорее это самовозбуждение, то запускать такие генераторы вместе с нагрузкой не представляется возможным. Как я уже говорил выше, возбуждение происходит за счёт остаточного намагничивания, которое составляет буквально 2-3%. А значит, если к выводам генератора будет подключена нагрузка, ток будет стремиться по пути наименьшего сопротивления, то есть самой нагрузки. Другими словами, вместе с нагрузкой тока будет недостаточно для формирования магнитного поля.

Думаю, на этом можно закончить ознакомительную статью по генераторам переменного и постоянного тока.

Поделиться ссылкой:

Похожее

электрических генераторов | Как работают генераторы

Какие части электрического генератора?

Генератор состоит из девяти частей, и все они играют роль в передаче энергии туда, где она больше всего необходима. Детали генератора:

  1. Двигатель. Двигатель подает энергию на генератор. Мощность двигателя определяет, сколько электроэнергии может обеспечить генератор.
  1. Генератор .Здесь происходит преобразование механической энергии в электрическую. Генератор, также называемый «genhead», содержит как движущиеся, так и неподвижные части, которые работают вместе, создавая электромагнитное поле и движение электронов, генерирующих электричество.
  1. Топливная система . Топливная система позволяет генератору производить необходимую энергию. Система включает топливный бак, топливный насос, трубопровод, соединяющий бак с двигателем, и возвратный трубопровод.Топливный фильтр удаляет мусор до того, как он попадет в двигатель, а инжектор нагнетает топливо в камеру сгорания.
  1. Регулятор напряжения . Этот компонент помогает контролировать напряжение вырабатываемой электроэнергии. Это также помогает преобразовать электричество из переменного тока в постоянный, если это необходимо.
  1. Системы охлаждения и выхлопа . Генераторы выделяют много тепла. Система охлаждения гарантирует, что машина не перегреется. Выхлопная система направляет и удаляет дымовую форму во время работы.
  1. Система смазки . Внутри генератора много маленьких движущихся частей. Очень важно смазать их соответствующим образом моторным маслом, чтобы обеспечить бесперебойную работу и защитить их от чрезмерного износа. Уровни смазки следует проверять регулярно, каждые 8 ​​часов работы.
  1. Зарядное устройство . Батареи используются для запуска генератора. Зарядное устройство аккумулятора - это полностью автоматический компонент, который обеспечивает готовность аккумулятора к работе в случае необходимости, подавая на него постоянное низкое напряжение.
  1. Панель управления . Панель управления контролирует каждый аспект работы генератора от скорости запуска и работы до выходов. Современные устройства даже способны определять падение или отключение электроэнергии и могут автоматически запускать или выключать генератор.
  1. Основной узел / рама . Это корпус генератора. Это та часть, которую мы видим; структура, которая держит все это на месте.

Какое топливо нужно для электрогенераторов?

Современные электрические генераторы доступны во многих вариантах заправки.Дизель-генераторы - самые популярные промышленные генераторы на рынке. К бытовым генераторам чаще всего относятся: генераторы природного газа или генераторы пропана, тогда как портативные генераторы меньшего размера обычно работают на бензине, дизельном топливе или пропане. Некоторые генераторы могут работать на двух видах топлива - как на бензине, так и на дизельном топливе.

Топливные баки генератора

Топливная система обеспечивает генератор всем необходимым сырьем для выработки электроэнергии, инициируя процесс внутреннего сгорания.Без топлива не может происходить горение, а генератор не может преобразовывать механическую энергию в электрическую. Топливо для генератора необходимо хранить на месте, чтобы генератор можно было сразу же запустить в работу при необходимости.

В зависимости от типа генератора и его применения, топливные баки могут быть установлены на раме генератора или могут быть внешними баками, расположенными далеко от самого генератора. Как правило, чем больше генератор и чем дольше он должен работать, тем больше топливный бак.Топливо для генератора хранится в баках разной емкости, в зависимости от предполагаемого использования генератора и требуемой мощности. Танки можно размещать над землей, под землей или под базой. Резервуары вспомогательной базы предназначены для хранения менее 1000 галлонов топлива и расположены над землей, но ниже основания генераторной установки.

Надземные и подземные резервуары для хранения топлива генератора - лучший выбор для нужд большой емкости. Подземные резервуары для хранения дороже в установке, но они, как правило, служат дольше, поскольку защищены от непогоды.У обоих типов резервуаров для хранения топлива есть свои плюсы и минусы, но вы не будете одиноки в принятии решения. Топливные баки генераторов и топливные системы генераторов должны соответствовать нескольким требованиям и допускам, прежде чем их можно будет установить, независимо от того, предназначена ли установка для жилого или коммерческого использования.

Основной кодекс, регулирующий топливные баки генератора в Соединенных Штатах, - это Правила и стандарты Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA), в частности разделы NFPA 30 и NFPA 37. Таким образом, все запросы на топливный бак генератора должны подаваться в Государственную пожарную службу. Маршалла для утверждения.

Чтобы определить минимальную требуемую емкость топливного бака, вам нужно подумать о том, как вы собираетесь использовать генератор. В случае кратковременных или нечастых отключений электроэнергии может быть приемлемым резервный генератор с меньшим резервуаром для хранения, однако вам потребуется наполнять резервуар чаще, чем вам нужно будет заполнять резервуары большего размера. Резервуары большего размера могут потребоваться, если вы планируете снабжать энергией крупный коммерческий объект основным генератором или если вы подвержены длительным частым отключениям электроэнергии.

Ваш поставщик генератора может помочь вам определить оптимальный размер топливного бака, чтобы у вас было достаточно топлива, когда оно вам понадобится. Еще одна вещь, о которой следует помнить как при покупке генератора, так и при выборе топливного бака для генератора, - это стоимость и доступность топлива в вашем регионе. Перед покупкой генератора рекомендуется поговорить с местными поставщиками топлива, чтобы получить лучшее представление о стоимости и логистике, связанных с получением топлива для генератора.

Выхлопные системы и средства контроля выбросов генератора

Поскольку машины, работающие на ископаемом топливе и работающие непрерывно, даже если это время работы нестабильно, генераторы должны быть оснащены компонентами для их охлаждения и фильтрации выбросов.Системы охлаждения и вентиляции генераторов снижают и отводят тепло различными способами:

Пары, выделяемые генераторами, аналогичны выхлопным газам других бензиновых или дизельных двигателей. В их состав входят токсичные химические вещества, такие как углекислый газ, который необходимо фильтровать и удалять из выбросов. Выхлопная система генератора справляется с этой задачей.

Выхлопные трубы подсоединены к двигателю, где они направляют дым вверх, наружу и от генератора и установки.Труба выходит за пределы здания, в котором находится генератор, и должна заканчиваться далеко от дверей, окон и других зон забора воздуха.

В дополнение к выхлопным системам, некоторые генераторы подлежат федеральному контролю за выбросами. Контролируемые выбросы генератора включают: оксид азота (NOx), углеводороды, оксид углерода (CO) и твердые частицы.

В целом аварийные генераторы и генераторы, которые работают менее 100 часов в год, не подпадают под федеральные требования по выбросам генераторов, однако постоянно установленные основные генераторы и резервные генераторы подчиняются федеральным требованиям по выбросам в соответствии с тремя правилами EPA:

Хорошая новость заключается в том, что многие новые генераторы уже соответствуют стандартам выбросов генераторов благодаря производственным усовершенствованиям. Старые генераторы могут быть заменены на устаревшие, что делает их освобожденными от федеральных правил и подчиняется только государственным и местным стандартам выбросов. Требования к контролю выбросов различаются в зависимости от производителя, размера генератора и даты производства, поэтому лучший способ определить ваши требования к выбросам - это поговорить с продавцом или производителем генератора.

Для более глубокого изучения нормативов выбросов см. Этот официальный документ Cummins «Влияние нормативов выбросов Уровня 4 на энергетическую отрасль».

Панель управления генератора и автоматический резервирующий выключатель (АВР)

Одним из важнейших компонентов современных генераторов является панель управления генератором. Панель управления - это мозг генератора, а также пользовательский интерфейс генератора; точка доступа и управления работой генератора.

Многие панели управления оснащены автоматическим переключателем резерва (АВР), который постоянно контролирует поступающую мощность. Когда уровень мощности падает или полностью отключается, ATS сигнализирует панели управления о запуске генератора.Аналогичным образом, когда поступающее питание восстанавливается, ATS сигнализирует панели управления о необходимости выключить генератор и повторно подключается к электросети.

В дополнение к круглосуточному мониторингу панель управления генератором предоставляет менеджерам сайта обширную информацию:

Какое обслуживание требуется для генератора?

Генераторы

представляют собой двигатели и требуют регулярного технического обслуживания двигателя для обеспечения надлежащей работы. Поскольку многие генераторы обеспечивают резервное питание в случае аварийных ситуаций, операторам крайне важно проводить регулярные проверки и проверки своих генераторов, чтобы гарантировать, что машина будет работать по мере необходимости и в случае необходимости.

Лучшая программа технического обслуживания генератора - это та, которую рекомендует производитель, но, как минимум, все планы технического обслуживания генератора должны включать регулярное и текущее:

Обязательно ведите журнал технического обслуживания для ведения записей. Включите все показания, уровни жидкости и т. Д., А также дату и показания счетчика моточасов генератора. Эти записи можно сравнивать с будущими записями и использовать для помощи в обнаружении отклонений или изменений в работе, которые могут указать вам на скрытые проблемы, которые могут стать серьезными проблемами, если их не проверить.

Генераторы

могут прослужить десятилетия при правильном обслуживании. Эти простые, небольшие вложения со временем окупятся за счет экономии на дорогостоящем ремонте или даже полной замене генератора. Если техническое обслуживание генератора - это не то, чем вы можете управлять самостоятельно, многие дилеры генераторов предлагают контракты на техническое обслуживание или могут порекомендовать квалифицированных специалистов по техническому обслуживанию, которые помогут вам поддерживать ваш генератор в отличном состоянии год за годом. Это время и деньги, потраченные не зря, если они могут поддерживать ваш бизнес в рабочем состоянии при отключении электроэнергии.

.

ГЕНЕРАТОРЫ

Динамо-машина, изобретенная Фарадеем в 1831 году, безусловно, является примитивным устройством по сравнению с мощными, высокоэффективными генераторами и генераторами переменного тока, которые используются сейчас. Тем не менее, эти машины работают по тому же принципу, что и изобретенный великим английским ученым. Когда его спросили, какова польза от его нового изобретения, Фарадей в свою очередь спросил: «Какая польза от новорожденного ребенка?» Собственно говоря, новорожденный ребенок вскоре стал незаменимым устройством, без которого нам не обойтись.

Несмотря на то, что они используются для работы определенных устройств, требующих для работы небольших токов, батареи и элементы вряд ли будут обеспечивать свет, тепло и энергию в больших масштабах. Нам нужно электричество, чтобы зажигать миллионы ламп, управлять поездами, поднимать вещи и приводить в движение машины. Батареи не могли обеспечить достаточно электричества для выполнения всей этой работы.

Что используются динамо-электрические машины, с помощью которых механическая энергия преобразуется непосредственно в электрическую с потерей лишь нескольких процентов.Подсчитано, что они производят более 99,99% всей электроэнергии в мире.

Существует два типа динамо-машин, а именно генераторы и генераторы переменного тока. Первый подает d-c, который подобен току от батареи, а второй, как следует из названия, обеспечивает a-c. Для выработки электричества они оба должны постоянно получать энергию из какого-либо внешнего источника механической энергии, такого как паровые двигатели, паровые турбины или водяные турбины.

И генераторы, и генераторы состоят из следующих основных частей: якоря и электромагнита.Электромагнит генератора постоянного тока обычно называют статором, поскольку он находится в статическом состоянии, в то время как якорь ротора вращается. Генераторы можно разделить на два типа: 1. генераторы со стационарным якорем и вращающимся электромагнитом; 2. генераторы, якорь которых служит ротором, но это делается редко. Для получения сильного ЭМ Ф,

роторы в больших машинах вращаются со скоростью тысячи оборотов в минуту (об / мин).

Чем быстрее они вращаются, тем большее выходное напряжение производит машина.

Чтобы производить электроэнергию в наиболее экономичных условиях, генераторы должны быть как можно более крупными. В дополнение к этому, они должны быть все время максимально загружены. Здесь интересно отметить, что самые большие генераторы, когда-либо установленные на любой гидроэлектростанции в мире, - это те, которые были установлены в России.

F. Определите следующие термины.

электродвижущая сила, электрическая цепь, эффект нагрева электрическим током, магнитный эффект

электрический ток, электромагнит, генератор, генератор переменного тока, якорь, оборот, шкала, амплитуда.

H. Переведите следующие предложения, используя новое слово stock.

1. Синхронный генератор - единственный тип генератора переменного тока, который сейчас широко используется.

2. Он состоит из блока, создающего магнитное поле (структура поля), и блока, в котором индуцируется ЭДС (якоря).



3. Синхронные генераторы могут быть сконструированы как с якорем, так и с полевой структурой в качестве вращающегося блока.

4. Малогабаритные генераторы изготавливаются с вращающейся арматурой.

5. Требуемое магнитное поле создается электромагнитами постоянного тока, размещенными на неподвижном блоке (статоре), а генерируемый ток собирается с помощью щеток и контактных колец на вращающемся блоке.

6. Все большие синхронные генераторы выполнены с вращающимся полем.

7. Для вращающегося якоря должно быть три контактных кольца, а для низковольтного вращающегося поля - только два.

8. Первичным двигателем синхронного генератора может быть паровая турбина, водяное колесо,

двигатель внутреннего сгорания (чаще всего дизельный), электродвигатель.

9. Якорь имеет пазы, в которые вставляется обмотка якоря.

10. Существует два типа конструкции поля: явнополюсный и цилиндрический или

.

неявнополюсного типа.

11. Явнополюсный тип состоит из стальной поковки цилиндрической формы, на ободе которой расположены сердечники полюсов.

12. На контактных кольцах установлены щетки, подключенные к источнику постоянного тока.

13. Генератор постоянного тока называется возбудителем.

14. Номинальное напряжение возбудителя может быть от 60 до 350 В.

15. Синхронные генераторы могут охлаждаться воздухом или водородом.

16. Водородное охлаждение - хороший способ вентиляции генератора.

I. Прочтите и переведите текст, обращая внимание на грамматику и новые лексические единицы.


Дата: 28 декабря 2014 г .; просмотр: 1191


.

Что такое машина постоянного тока? Базовая структура и эквивалентная схема

A DC Machine - это электромеханическое устройство преобразования энергии . Есть два типа машин постоянного тока; один - это генератор постоянного тока , а другой известен как двигатель постоянного тока .

Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию (ωT) в электрическую энергию постоянного тока (EI), тогда как двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую. Электродвигатель переменного тока неизменно применяется в промышленности для преобразования электроэнергии в механическую, но там, где требуется широкий диапазон скоростей и хорошее регулирование скорости, например, в системе электрической тяги, используется электродвигатель постоянного тока.

Конструкция двигателя постоянного тока и генератора почти одинакова. Генератор используется очень защищенным способом. Отсюда и есть открытый тип конструкции. Но двигатель используется в местах, где они подвергаются воздействию пыли и влаги, и, следовательно, он требует кожухов, например, грязеотталкивающих, пожаробезопасных и т. Д. В соответствии с требованиями.

Хотя аккумулятор является важным источником электроэнергии постоянного тока, он может обеспечивать только ограниченную мощность для любых машин. Есть некоторые приложения, в которых требуется большое количество постоянного тока, например гальваника, электролиз и т. Д.Следовательно, в таких местах для подачи энергии используются генераторы постоянного тока.

Базовая конструкция электрических машин

Вращающаяся электрическая машина или машина постоянного тока состоит в основном из двух частей; один - Stator , а другой - Rotar . Статор и ротор отделены друг от друга воздушным зазором. Статор является внешней рамой машины и неподвижен. Ротор может свободно двигаться и является внутренней частью машины.

Статор и ротор изготовлены из ферромагнитных материалов.Прорези прорезаны на внутренней периферии статора и внешней периферии ротора. Проводники помещаются в пазы статора или ротора. Они соединены между собой и образуют обмотки.

Обмотки, в которых индуцируется напряжение, называются обмотками якоря . Обмотка, через которую пропускается ток для создания основного потока, называется Обмотка возбуждения . Для обеспечения основного потока в некоторых машинах также используются постоянные магниты.

Эквивалентная схема якоря машины постоянного тока

Якорь генератора постоянного тока может быть представлен эквивалентной электрической схемой.Он может быть представлен тремя последовательно соединенными элементами E, Ra и Vb.

Эквивалентная схема якоря генератора постоянного тока представлена ​​на рисунке ниже:

Эквивалентная схема якоря двигателя постоянного тока показана на рисунке ниже:

Элемент E на эквивалентных схемах представляет собой генерируемое напряжение, Ra - сопротивление якоря, а Vb - падение напряжения на контакте щетки.

.

% PDF-1.4 % 262 0 объект > endobj xref 262 41 0000000017 00000 н. 0000001292 00000 н. 0000002480 00000 н. 0000002866 00000 н. 0000002931 00000 н. 0000003123 00000 п. 0000003396 00000 н. 0000003756 00000 н. 0000003926 00000 н. 0000003958 00000 н. 0000004161 00000 п. 0000004244 00000 п. 0000004549 00000 н. 0000023454 00000 п. 0000024077 00000 п. 0000024525 00000 п. 0000024722 00000 п. 0000025000 00000 н. 0000025322 00000 п. 0000025514 00000 п. 0000025795 00000 п. 0000028076 00000 п. 0000028104 00000 п. 0000028276 00000 п. 0000028308 00000 п. 0000028513 00000 п. 0000028824 00000 п. 0000056587 00000 п. 0000057200 00000 п. 0000057734 00000 п. 0000057933 00000 п. 0000058217 00000 п. 0000058502 00000 п. 0000058667 00000 п. 0000058699 00000 п. 0000058897 00000 п. 0000059197 00000 п. 0000105193 00000 п. 0000106011 00000 п. 0000106563 00000 н. 0000001385 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 263 0 объект > endobj 302 0 объект > поток xc``b``d`c`X Ȁ

.

Что такое электротехника? | Живая наука

Электротехника - одна из новейших отраслей машиностроения, возникшая в конце 19 века. Это отрасль техники, которая занимается технологиями электричества. Инженеры-электрики работают над широким спектром компонентов, устройств и систем, от крошечных микрочипов до огромных генераторов электростанций.

Ранние эксперименты с электричеством включали примитивные батареи и статические заряды. Однако фактическое проектирование, конструирование и производство полезных устройств и систем началось с реализации закона индукции Майкла Фарадея, который, по сути, гласит, что напряжение в цепи пропорционально скорости изменения магнитного поля в цепи.Этот закон применяется к основным принципам работы электрогенератора, электродвигателя и трансформатора. Наступление современной эпохи ознаменовано появлением электричества в домах, на предприятиях и в промышленности, и все это стало возможным благодаря инженерам-электрикам.

Некоторые из самых выдающихся пионеров в области электротехники включают Томаса Эдисона (электрическая лампочка), Джорджа Вестингауза (переменный ток), Никола Тесла (асинхронный двигатель), Гульельмо Маркони (радио) и Фило Т.Фарнсворт (телевидение). Эти новаторы превратили идеи и концепции об электричестве в практические устройства и системы, которые положили начало современной эпохе.

С момента своего зарождения область электротехники выросла и разветвлялась на ряд специализированных категорий, включая системы производства и передачи энергии, двигатели, аккумуляторы и системы управления. Электротехника также включает электронику, которая подразделяется на еще большее количество подкатегорий, таких как радиочастотные (RF) системы, телекоммуникации, дистанционное зондирование, обработка сигналов, цифровые схемы, приборы, аудио, видео и оптоэлектроника.

Область электроники родилась с изобретением в 1904 году Джоном Амброузом Флемингом термоэлектронной ламповой диодной лампы. Электронная лампа в основном действует как усилитель тока, выдавая ток, кратный входному. Он был основой всей электроники, включая радио, телевидение и радары, до середины 20 века. Он был в значительной степени вытеснен транзистором, который был разработан в 1947 году в лабораториях AT&T Bell Laboratories Уильямом Шокли, Джоном Бардином и Уолтером Браттейном, за что они получили Нобелевскую премию по физике 1956 года.

Чем занимается инженер-электрик?

«Инженеры-электрики проектируют, разрабатывают, тестируют и контролируют производство электрического оборудования, такого как электродвигатели, радары и навигационные системы, системы связи и оборудование для выработки электроэнергии, - заявляет Бюро статистики труда США.» Инженеры-электронщики проектируют и разрабатывают электронное оборудование оборудование, такое как системы вещания и связи - от портативных музыкальных плееров до систем глобального позиционирования (GPS) ».

Если это практическое, реальное устройство, которое производит, проводит или использует электричество, по всей вероятности, оно было разработано инженер-электрик.Кроме того, инженеры могут проводить или составлять спецификации для разрушающих или неразрушающих испытаний производительности, надежности и долговечности устройств и компонентов.

Современные инженеры-электрики проектируют электрические устройства и системы с использованием основных компонентов, таких как проводники, катушки, магниты, батареи, переключатели, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды и транзисторы. Почти все электрические и электронные устройства, от генераторов на электростанции до микропроцессоров в вашем телефоне, используют эти несколько основных компонентов.

Критические навыки, необходимые в электротехнике, включают глубокое понимание теории электричества и электроники, математики и материалов. Эти знания позволяют инженерам разрабатывать схемы для выполнения определенных функций и удовлетворения требований безопасности, надежности и энергоэффективности, а также прогнозировать их поведение до реализации проекта оборудования. Однако иногда схемы конструируются на «макетных платах» или прототипах печатных плат, изготовленных на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), для тестирования перед запуском в производство.

Инженеры-электрики все больше полагаются на системы автоматизированного проектирования (САПР) для создания схем и компоновки схем. Они также используют компьютеры для моделирования работы электрических устройств и систем. Компьютерное моделирование можно использовать для моделирования национальной электросети или микропроцессора; поэтому для инженеров-электриков очень важно владеть компьютерами. Помимо ускорения процесса создания схем, макетов печатных плат (PCB) и чертежей электрических и электронных устройств, системы CAD позволяют быстро и легко изменять конструкции и создавать прототипы с помощью станков с ЧПУ.Полный список необходимых навыков и способностей для инженеров-электриков и электронщиков можно найти на MyMajors.com.

Работа и зарплата в области электротехники

Инженеры-электрики и электроники работают в основном в научно-исследовательских и опытно-конструкторских отраслях, компаниях, оказывающих инженерные услуги, на производстве и в федеральном правительстве, согласно BLS. Как правило, они работают в помещениях, в офисах, но им, возможно, придется посещать объекты, чтобы увидеть проблему или сложное оборудование, сообщает BLS.

Обрабатывающие отрасли, в которых работают инженеры-электрики, включают автомобильную, морскую, железнодорожную, аэрокосмическую, оборонную, бытовую электронику, коммерческое строительство, освещение, компьютеры и компоненты, телекоммуникации и управление движением. Государственные учреждения, в которых работают инженеры-электрики, включают транспортные департаменты, национальные лаборатории и военные.

Для большинства вакансий в области электротехники требуется как минимум степень бакалавра технических наук. Многие работодатели, особенно те, которые предлагают услуги инженерного консалтинга, также требуют государственной сертификации профессионального инженера.Кроме того, многие работодатели требуют сертификации Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) или Института инженерии и технологий (IET). Степень магистра часто требуется для продвижения к руководству, а постоянное образование и подготовка необходимы, чтобы идти в ногу с достижениями в области технологий, испытательного оборудования, компьютерного оборудования и программного обеспечения, а также государственных постановлений.

По состоянию на июль 2014 года, диапазон заработной платы для недавно получившего диплом инженера-электрика со степенью бакалавра составляет от 55 570 до 73 908 долларов, согласно Salary.com. Диапазон для инженера среднего звена со степенью магистра и стажем от 5 до 10 лет составляет от 74 007 до 108 640 долларов, а для старшего инженера со степенью магистра или доктора и более 15 лет опыта - от 97 434 до 138 296 долларов. Многие опытные инженеры с учеными степенями продвигаются на руководящие должности или открывают собственный бизнес, где они могут зарабатывать еще больше.

Будущее электротехники

Предполагается, что занятость инженеров-электриков и электронщиков вырастет на 4 процента в период с настоящего момента до 2022 года из-за «универсальности этих специалистов в разработке и применении новых технологий», - говорится в сообщении BLS.

Приложения этих новых технологий включают изучение красных электрических вспышек, называемых спрайтами, которые парят над некоторыми грозами. Виктор Пасько, инженер-электрик из Пенсильванского университета, и его коллеги разработали модель эволюции и исчезновения странной молнии.

Другой инженер-электрик, Андреа Алу из Техасского университета в Остине, изучает звуковые волны и разработала одностороннюю звуковую машину. «Я могу слушать вас, но вы не можете обнаружить меня; вы не можете слышать мое присутствие», - сказал Алу LiveScience в статье 2014 года.

А Мишель Махарбиз, инженер-электрик из Калифорнийского университета в Беркли, изучает способы беспроводной связи с мозгом.

В BLS говорится: «Быстрые темпы технологических инноваций и разработок, вероятно, будут стимулировать спрос на инженеров-электриков и электронщиков в исследованиях и разработках, в области, в которой потребуется инженерный опыт для разработки систем распределения, связанных с новыми технологиями».

Дополнительные ресурсы

.

Электричество | Электрические токи и цепи | Как производится и транспортируется электроэнергия

Все состоит из атомов. В каждой из них частиц по три : протоны, нейтроны и электроны. Электроны вращаются вокруг центра атома . У них отрицательный заряд . Протоны, находящиеся в центре атомов, имеют положительный заряд .

Обычно в атоме столько же протонов, сколько электронов.Он стабильный или сбалансированный . Углерод , например, имеет шесть протонов и шесть электронов.

Ученые могут заставить электроны перемещаться от одного атома к другому. Атом, который теряет электроны, заряжен положительно, атом, который получает больше электронов, заряжен отрицательно.

Электричество создается, когда электроны перемещаются между атомами. Положительные атомы ищут свободные отрицательные электроны, и притягивают их , так что они могут быть сбалансированы .

Проводники и изоляторы

Электричество может проходить через одни объекты лучше, чем через другие. Проводники - это материалы, через которые электроны могут перемещаться более свободно. Медь , алюминий, сталь и другие металлы являются хорошими проводниками. Как и некоторые жидкостей , как соленая вода.

Изоляторы - это материалы, в которых электроны не могут двигаться. Они остаются на месте .Стекло, резина, пластик или сухое дерево - хорошие изоляторы. Они важны для вашей безопасности , потому что без них вы не смогли бы прикоснуться к горячей кастрюле или вилке телевизора.

Электрический ток

Когда электроны движутся по проводнику, создается электрический ток . Ток, который всегда течет в одном направлении, называется постоянным током (DC). Например, аккумулятор производит постоянный ток.Ток, который течет назад и вперед , называется переменным током (AC).

Электрические схемы

Электроны не могут свободно прыгать по воздуху к положительно заряженному атому. Им нужен контур , чтобы двигаться. Когда источник энергии , такой как батарея, подключен к лампочке , электроны могут перемещаться от батареи к лампочке и обратно. Мы называем это электрической схемой .

Иногда в электрическом устройстве есть много цепей, которые заставляют его работать. В телевизоре или компьютере могут быть миллионы частей, которые соединены друг с другом различными способами.

Вы можете остановить прохождение тока , вставив в цепь переключатель . Вы можете разомкнуть цепь и остановить движение электронов.

Кусок металла или проволока также может использоваться для выработки тепла.Когда электрический ток проходит через такой металл , он может быть замедлен сопротивлением . Это вызывает трение и нагревает проволоку. Поэтому можно поджарить хлеб в тостере или высушить волосы теплым воздухом из фена.

В некоторых случаях провода могут стать слишком горячими, если через них проходит слишком много электронов. Специальные переключатели , называемые предохранителями , защищают проводку во многих зданиях.

Виды электроэнергии

Статическое электричество

Текущая электроэнергия

Как работают аккумуляторы

Аккумулятор содержит жидких или пасты , которые помогают ему производить электрических зарядов . Плоский конец батареи имеет отрицательный заряд , а конец с выступом имеет положительный заряд.

Когда вы соединяете провод между обоими концами, течет ток . Когда ток проходит через лампочку , электрическая энергия преобразуется в свет.

Химические вещества в батарее поддерживают концов заряженными и батарею в рабочем состоянии. Со временем химическое вещество становится все слабее и слабее, и батарея не может производить больше энергии.

Как производится электричество

Генераторы используются для преобразования механической энергии в электрическую. Магнит вращает внутри катушки из проволоки . Когда магнит движется, в проводе возникает электрический ток.

Большинство электростанций используют турбины для вращения генератора. Вода нагревается до пара , который толкает лопаток турбины. Для нагрева воды можно использовать газ, нефть или уголь. Некоторые страны строят электростанции на реках, где движущаяся вода толкает лопасти турбины .

Как измеряется электричество

Электричество - это , измеренное в ваттах, названо в честь Джеймса Ватта, который изобрел паровой двигатель .Чтобы получить , равное на одну лошадиную силу, потребуется около 750 Вт.

Киловатт-час - это энергия 1000 ватт, которые работают в течение одного часа. Если, например, вы используете 100-ваттную лампочку в течение 10 часов, вы израсходовали 1 киловатт электроэнергии.

Как транспортируется электроэнергия

Электроэнергия, произведенная генератором, проходит по кабелям к трансформатору , который изменяет напряжение электричества. Линии электропередач несут высоковольтную электричество на очень большие расстояния.Когда он достигает вашего родного города, другой трансформатор понижает напряжение, а меньшие линии электропередач доставляют его в дома, офисы и фабрики.

Электробезопасность

Важно понимать, почему и как можно защитить себя от поражения электрическим током .

Удар электрическим током происходит , когда электрический ток проходит через ваше тело.Это может привести к сердечной недостаточности и может повредить другие части вашего тела. Он также может обжечь кожу и другие тела тканей .

Очень слабый электрический объект, такой как батарея, не может причинить вам никакого вреда, но внутри дома у вас есть устройств и машины, которые используют 220 вольт.

Большинство машин в вашем доме имеют устройств безопасности , чтобы защитить вас. Что-то идет не так, специальный провод выводит электричество на землю, где ничего не может случиться.

Также существует опасность поражения электрическим током за пределами вашего дома. Деревья, которые касаются линий электропередачи , могут быть опасными. У молнии более чем достаточно электричества, чтобы убить человека. Если вы попали в грозу, держитесь подальше от открытых полей и возвышенностей. Одно из самых безопасных мест - это ваша машина, потому что молния ударит только по внешнему металлу машины.

Загружаемый текст и рабочие листы в формате PDF

Связанные темы

слов

  • прибор = электрическая машина, которую вы обычно используете в доме, например плита или стиральная машина
  • притягивать = притягивать к объекту
  • вперед и назад = идти в одном направлении, а затем в другом
  • сбалансированный = то же, что и стабильный
  • лезвие = плоская часть объекта, которая отталкивается от воды
  • накопление = увеличение
  • выступ = небольшой участок, который выше остальных
  • углерод = химический материал, содержащийся в угле или бензине.В чистом виде в бриллиантах
  • заряд = электричество, которое подводится к объекту, например, к батарее, чтобы дать ему энергию
  • цепь = полный круг, по которому проходит электрический ток
  • катушка = провод, который огибает объект по кругу и излучает свет или тепло, когда электричество проходит через
  • подключиться = присоединиться
  • преобразовать = изменить
  • медь = мягкий красно-коричневый металл, который легко пропускает электричество и тепло
  • шнур = кабель
  • ток = поток электричества через кусок металла
  • ток = поток электричества через кусок металла
  • уменьшить = уменьшить
  • устройство = станок или инструмент, который делает что-то особенное
  • распределительные линии = провода или кабели, по которым передается электричество
  • перетащить = тянуть
  • равно = то же, что
  • поток = переместить
  • трение = когда вы трете что-то о что-то другое, оно становится горячим
  • Предохранитель = короткий кусок провода внутри машины, который отключает электричество при слишком большой мощности
  • сердечная недостаточность = когда ваше сердце перестает биться
  • высокое напряжение = высокая электрическая сила
  • на месте = где они
  • увеличить = стать больше
  • травма = если вы поранились
  • оставить = остаться, остаться
  • лампочка = стеклянный объект внутри лампы.Дает свет
  • молния = мощная вспышка света в небе во время грозы
  • жидкость = жидкость, водянистый объект
  • измерено = единица чего-то
  • происходит = происходит
  • противень = круглый металлический контейнер, который вы используете для готовки
  • частица = очень маленькая часть атома
  • пройти через = пройти через
  • паста = липкое вещество, похожее на клей
  • вилка = для подключения электрического объекта к электросети дома
  • линия электропередачи = большой провод, по которому идет электричество над или под землей
  • сопротивление = материал, препятствующий прохождению через него электричества
  • повернуть = обойти
  • безопасность = безопасность, защита
  • средство безопасности = элементы в машинах или электрических объектах, которые защищают вас от травм
  • ученый = человек, имеющий научную подготовку
  • розетка = место в стене, где вы можете подключить электрический объект к основному источнику электроэнергии
  • источник = место, где вы что-то получаете от
  • spin = чтобы что-то быстро развернуть
  • пар = белый газ, который выделяется при нагревании воды
  • паровой двигатель = двигатель или мотор, работающий от пара
  • сталь = прочный металл, который можно формовать
  • Переключатель = объект, который запускает или останавливает поток электричества при нажатии на него
  • ткань = материал, из которого формируются клетки животных или растений
  • преобразование = изменение
  • трансформатор = машина, которая переключает электричество с одного напряжения на другое
  • турбина = двигатель, который вращает специальное колесо вокруг
  • напряжение = электрическая сила, измеряемая в вольтах
  • провод = очень тонкий кусок металла, через который может проходить электричество
  • проводка = сеть проводов в доме или доме

.

Смотрите также