Генератор переменного тока устройство и принцип работы: Генератор переменного тока. Устройство и принцип действия

На каком принципе основана работа генераторов переменного тока

С помощью генераторов переменного тока механическая энергия преобразуется в электрическую. Они получили широкое распространение в промышленности и других областях. Для того чтобы эксплуатация была наиболее оптимальной, необходимо знать, на каком принципе основана работа генераторов переменного тока. Всем известно, что в основе действия таких агрегатов лежит вращение магнитного поля. Это позволяет максимально упростить их конструкцию и вырабатывать потребное количество электроэнергии.

Содержание

Составные части и узлы генератора

Основной функцией генератора переменного тока является преобразование механической энергии вращения в электрическое напряжение. Эти устройства могут достигать огромных размеров и использоваться для производства энергии на электростанциях. Маленькие агрегаты применяются не только в промышленности, но и в быту, например, в автомобилях или в качестве резервного источника питания.

Конструкция стандартного генератора состоит из двух основных частей: неподвижного элемента – статора и вращающейся части – ротора. Статор, изготовленный в виде полого цилиндра, содержит магнитную систему. Она представляет собой стальные листы, смонтированные в пакет. Внутри пластин имеются пазы с изоляцией из фторопластовой пленки или другого диэлектрика. Каждый паз содержит обмотку в виде катушки из медного провода, исполняющей роль одной фазы с параллельным или последовательным соединением витков.

Определенная часть катушки выступает из пазов и носит название лобового соединения. В каждой обмотке имеется вывод, соединяющийся в общей точке. На данном месте соединения выполняется изоляция, исключающая соприкосновение с корпусом и другими деталями. Подобное соединение известно, как «звезда», а снятие напряжения осуществляется со всех трех концов.

Вторая основная деталь – ротор, изготавливается в виде массивного стального сердечника и обмотки возбуждения. В большинстве конструкций вал находится в горизонтальном положении, однако на гидроэлектростанциях применяется вертикальное расположение. Охлаждение работающего генератора может быть водяным, воздушным, масляным или водородным.

Принцип действия генераторов

Работа генератора переменного тока основана на электромагнитной индукции. Для получения переменного напряжения требуется задействовать катушку с постоянным электрическим током. Под его воздействием в возбуждающей обмотке образуется магнитное поле. Схема дополняется стальной системой, имеющей полюса для подводки магнитного поля к катушкам. Данная система представляет собой уже рассмотренную статорную обмотку. При вращении ротора, катушки статора поочередно взаимодействуют с разноименными полюсами.

Силовая обмотка статора,как правило, неподвижна. Движение ротора осуществляется с помощью прикладываемой к нему механической энергии. Обычно используется сила ветра, воды, различные виды цепных или ременных передач, способных передавать энергию вращения.

Толчком к началу работы генератора служит подача напряжения к его обмотке возбуждения. Это приводит к созданию электромагнитного поля, которое осуществляет индукцию напряжения в катушках статора под действием вращающегося ротора. Если на обмотке возбуждения увеличивается напряжение, то напряжение автоматически повышается и на катушках статорной обмотки. При уменьшении напряжения происходит обратный процесс. Напряжения на катушку возбуждения может подавать сам генератор. Подобные конструкции относятся к категории самовозбуждающихся устройств.

Как работает трёхфазный генератор переменного тока

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
• Устройство генератора постоянного тока

Устройство генератора переменного тока

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

Основные виды генераторов переменного тока

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

• По виду используемой энергии:
  • Энергия ветра
  • Энергия газа
  • Энергия жидкого топлива
  • Энергия тепла
  • Энергия воды
• По типу генератора:
  • Однофазный
  • Трёхфазный
  • Синхронный
  • Асинхронный
  • По количеству полюсов статорной обмотки

Есть и другие типы, но они менее распространены.

• По типу возбуждения:
  • Независимое возбуждение. В этом случае на одном валу с генератором переменного тока находится еще и генератор постоянного тока, который питает только обмотку возбуждения. Возбуждение в таком случае может выполняться и любым другим источником тока, например, аккумулятором.
  • Самовозбуждение. В этом случае, напряжение для обмотки возбуждения получают непосредственно с используемого генератора.
  • Возбуждение с помощью магнитов, которые располагаются на статоре или на якоре, что значительно упрощает устройство генератора, но с помощью такого способа получить мощные генераторы не получится.

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:

• Автоматическое включение. В этом случае устанавливается специальный блок аварийного включения. Как только отключают напряжение в сети, блок подаёт команду на запуск генератора и переключает сеть с внешнего источника питания, на генераторную установку.
• Ручное включение. В этом случае, пользователь сам проводит операцию переключения с внешнего источника питания на генераторную установку и вручную запускает генератор.
• Синхронная работа. Такой режим, в основном используется на крупных станциях, генераторы которых объединены в одну сеть. Все генераторы этой сети работают синхронно, с одной частотой, с одной очерёдностью фаз и с одинаковым напряжением на обмотках статора.

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.

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:

• 0° — ЭДС =0
• 90° — ЭДС достигает максимального значения со знаком «+»
• 180° — ЭДС снова равна 0
• 270° — ЭДС достигает пикового значения со знаком «-»

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 I_н, 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 I_н. 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.

Принцип работы генератора переменного тока

Автор Habib 12 июля 2019 г. 27 мая 2021 г. Их также называют синхронными генераторами. Принцип работы генератора переменного тока. Соответственно, законы электромагнитной индукции Фарадея, э.д.с. индуцированное в шпагате определяется скоростью изменения потокосцепления катушки.

Содержание

Генераторы переменного тока (как их обычно называют) основаны на тех же принципах электромагнитной индукции, что и генераторы постоянного тока. скорость, с которой вращается катушка или магнитное поле.

принцип работы генератора переменного тока

работа:

    Рассмотрим прямоугольную катушку, имеющую N витков и вращающуюся в аналогичном магнитном поле с угловой скоростью w радиан/сек. Максимальный поток Ø _м связан с катушкой, когда ее плоскость совмещена с осью X. За время t секунд эта катушка поворачивается на угол q = wt. В этом измененном положении элемент потока, который перпендикулярен плоскости катушки, равен Ø= Ø _м  вес. Следовательно, анализ потокосцепления в любое время составляет NØ=NØ _м cos wt.

   Соответственно, согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, э.д.с. индуцированное в шпагате определяется скоростью изменения потокосцепления катушки. Поскольку значение основанной э.д.с. IS

E = — D (Nø)/DT VOLT

= — ND (Ø _M COS WT)/DT VOLT

=-Nø _M W (-SIN WT) Volt

= WNø _M SIN WT VOLT

= W Nø _M SIN Q VOLT ————-I)

, когда катушка повернулась на 90º, т.е. когда q = 90º, тогда sin q = 1, так как e имеет максимальное значение, скажем, E _m .0018 m  =   wNØ _m 

                                                                                    = w NB _m A = 2pfNB _m A volt

                                             where          B _m  = maximum flux density in Wb/m ² .

                                                         A = площадь катушки в м ² .

                                                             f  = частота вращения катушки в об/с.

, заменив это значение E _M В уравнении (i) мы получаем

E = E _M SIN Q = E _M SIN WT

Аналогично, индуцируемый чередовый ток

I = I _{. m}  sin wt  

 

 

«Подробнее о некоторых важных темах»

Сравните цены на электроэнергию для бизнеса | Тарифы | Котировки поставщиков | Советы по экономии

РЕГУЛИРОВКА СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ШУНТОВЫЙ, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ И СОЕДИНЕННЫЙ)

ИНДУКЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | ПОЧЕМУ РОТОР ВРАЩАЕТСЯ | ПРИНЦИП РАБОТЫ

ПРИНЦИП РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРА

СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Преобразование звезда-треугольник | Диаграмма и формула | Применение

Полупроводниковый диод/Типы диодов/И их применение

 

Нравится:

Нравится Загрузка. ..

Резюме

Конструкция, работа, типы и применение

Генератор переменного тока: конструкция, работа, типы и применение

71

1

Откуда берется электроэнергия в автомобилях? Ответ: «Генератор». Да, есть аккумулятор, но он используется только для запуска автомобиля. Генератор переменного тока представляет собой тип генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую. На выходе генератора может быть либо переменный ток переменного тока, либо постоянный ток постоянного тока. Генератор переменного тока представляет собой тип генератора переменного тока, который вырабатывает переменный ток.

Но подождите. Транспортные средства питаются от постоянного тока постоянного тока, а не переменного тока переменного тока. Тогда почему мы используем генератор? Что ж, генератор переменного тока имеет несколько преимуществ перед генератором постоянного тока или динамо-машиной, таких как легкий вес и надежность и т. Д., В то время как его выход переменного тока можно легко преобразовать в постоянный с помощью диодных выпрямителей, поскольку он имеет меньшие потери, чем падение щетки коммутатора в генераторе постоянного тока. Это объясняется ниже с подробным описанием

Содержание

Что такое генератор переменного тока?

Генератор переменного тока представляет собой электрическую машину, которая преобразует механическую энергию в электрическую в виде переменного тока переменного тока. Он также известен как синхронный генератор или генератор переменного тока (существуют и другие типы генераторов переменного тока). Он генерирует определенное напряжение на определенной частоте.

Полезно знать: Генератор переменного тока или синхронный генератор — это та же машина, что и синхронный двигатель, за исключением схем передачи мощности и реверсивного режима, т.е.

• Синхронный генератор (альтернатор) преобразует входную механическую мощность в выходную электрическую мощность
• Синхронный двигатель преобразует входную электрическую мощность в выходную механическую энергию.

Похожие сообщения:

• Однофазный асинхронный двигатель – конструкция, работа, типы и применение
• Трехфазный асинхронный двигатель – конструкция, работа, типы и применение
Конструкция синхронного генератора

В отличие от генератора постоянного тока, который имеет вращающуюся обмотку якоря и стационарное магнитное поле. Генератор состоит из стационарной обмотки якоря и вращающегося магнитного поля. Обмотки возбуждения размещены в роторе, а обмотки якоря — в статоре.

Обмотки возбуждения ротора подключаются к внешнему источнику постоянного тока с помощью контактных колец и щеток. Первичный двигатель вращает ротор с помощью шкива и ремня. Вращающийся ротор создает изменяющееся магнитное поле. Это переменное поле создает напряжение в обмотках якоря и подает его на нагрузку или в цепь через свои клеммы.

• Похожие сообщения: Электрический трансформатор – конструкция, работа, типы и применение

Ниже подробно описаны различные компоненты генератора.

Компоненты генератора переменного тока или генератора переменного тока

Генератор переменного тока состоит из различных неподвижных и подвижных компонентов, каждый из которых служит своей цели. Компоненты генератора указаны ниже

Ротор

Ротор — это вращающаяся часть генератора переменного тока. Он выполнен в цилиндрической форме с медными обмотками, также известными как обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения представляют собой электромагниты, которые при вращении создают необходимое вращающееся магнитное поле. Ротор имеет вал, который вращается с помощью системы приводных ременных шкивов. Источник, вращающий ротор, называется первичным двигателем. Это может быть что угодно, например двигатель, водяная турбина, ветряная турбина и т. д.

В генераторах переменного тока или синхронных генераторах используются роторы двух типов.

• Тип с явным полюсом
• Цилиндрическая опора Тип

Тип с выступающими полюсами:  это тип ротора, который имеет большое количество выступающих или выступающих полюсов, установленных на сердечнике из магнитной многослойной стали или чугуна. Термин выступающий относится к выступающим или выступающим, как показано на рисунке ниже.

Явно выступающие полюса изготовлены из многослойной стали или чугуна с хорошими магнитными свойствами для уменьшения потерь на вихревые токи. Башмаки для полюсов имеют несколько прорезей для демпферной обмотки, что помогает предотвратить появление призраков. Катушки возбуждения наматываются поперек полюсов, а затем соединяются последовательно. Катушка возбуждения возбуждается путем подключения ее концов к отдельному источнику постоянного тока через пару токосъемных колец. Контактное кольцо и щетки установлены на валу ротора.

Явнополюсный ротор имеет большой диаметр и небольшую осевую длину. Они используются в генераторах переменного тока с низкой и средней скоростью, например, на гидроэлектростанциях. Они не подходят для высокой скорости из-за повышенных потерь на парусность на высокой скорости из-за их конструкции (выступающие полюса). Его конструкция не обладает достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать высокую скорость.

Цилиндрический тип: такой тип ротора имеет очень мало 2 или 4 полюсов. Он состоит из многослойного стального цилиндра. Цилиндрический ротор имеет пазы для последовательно включенной обмотки возбуждения. Полюса остаются без прорезей, как показано на рисунке ниже. Поскольку полюса не выступают из сердечника, он также известен как невыпадающий полюс или круглый ротор. у него очень мало неявно выраженных полюсов, поэтому размер диаметра его ротора мал, а его осевая длина больше, чем у ротора с явно выраженными полюсами.

Цилиндрическая конструкция обеспечивает механическую прочность, надежность и равномерное распределение магнитного потока. У него меньшие потери на ветер. Поэтому он подходит для высокоскоростной бесшумной работы. Они предназначены для высокоскоростных генераторов переменного тока, таких как тепловые электростанции

Статор

Статор является неподвижной частью электрической машины. В генераторе он используется для удержания обмотки якоря, создающей ЭДС индукции. Сам сердечник изготовлен из многослойной стали или чугуна с хорошими магнитными свойствами для уменьшения потерь на вихревые токи. Ротор, несущий обмотки возбуждения, вращается внутри статора, не касаясь его физически.

Напротив, статор генератора постоянного тока удерживает магниты для создания необходимого магнитного поля. Стационарная обмотка якоря генератора переменного тока имеет огромные преимущества перед вращающимся якорем постоянного тока, как указано ниже

• . Для вращающегося якоря требуются щетки, которые имеют большее падение напряжения при высоком напряжении.
• Осколки и искры от щеток повреждают и сокращают срок их службы, а также требуют периодического обслуживания.
• Стационарный якорь не имеет движущихся частей, поэтому выходной ток снимается напрямую с его клеммы без щеток и включенных потерь.
• Проще спроектировать и изолировать стационарную обмотку якоря для высоких напряжений.
• Обмотка якоря может быть закреплена механически лучше, чтобы противостоять электромагнитным и центробежным силам.
• Небольшое напряжение постоянного тока можно использовать для безопасного питания обмотки возбуждения ротора с помощью контактных колец.

Вилка

Вилка — это самая внешняя часть генератора переменного тока, которая используется для обеспечения механической поддержки и защиты внутренних частей от условий окружающей среды, которые могут повредить его.

Токосъемное кольцо и щетки

Токосъемное кольцо — это компонент, передающий электроэнергию между неподвижными и вращающимися частями машины. В генераторе переменного тока он используется для передачи мощности постоянного тока на обмотки возбуждения ротора от батареи постоянного тока с помощью щеток, которые скользят по токосъемному кольцу. Он выполнен из концентрических дисков, размещенных на валу ротора. Поскольку он обеспечивает постоянный ток, генератору требуется только два токосъемных кольца.

Постоянный ток, протекающий через обмотку возбуждения, создает магнитное поле, изменяющееся при вращении ротора.

Диодный выпрямитель

Диодный выпрямитель представляет собой полупроводниковый компонент с двумя выводами, используемый для преобразования переменного тока переменного тока в однонаправленный постоянный ток. Для преобразования в плавный постоянный ток используется 6 диодов, по два на фазу. Помните, что он используется только в генераторах переменного тока, которым требуется выход постоянного тока, например, в автомобилях и подводных лодках.

Регулятор напряжения

Регулятор напряжения (АРН) используется для контроля выходного сигнала генератора и регулировки его напряжения путем регулировки тока питания. к ротору. Выход генератора переменного тока является обратной связью с ротором через регулятор напряжения. Он поддерживает постоянное выходное напряжение независимо от частоты вращения ротора генератора.

Шкив и ремень

Шкив и ремень используются для соединения ротора с первичным двигателем, таким как двигатель или турбина. Он вращает ротор с высокой скоростью, создавая переменное магнитное поле.

Подшипник со стороны привода

Подшипник используется для уменьшения трения и передачи максимальной энергии на вал от шкива. Обеспечивает плавное вращение.

Related Posts

• Уравнение ЭДС генератора переменного тока и синхронного генератора
• Почему генераторы и генераторы переменного тока оцениваются в кВА, а не в кВт?
Работа генератора переменного тока

Генератор переменного тока или синхронный генератор работает по закону электромагнитной индукции Фарадея, как и другие генераторы переменного тока. В нем говорится, что всякий раз, когда проводник движется в магнитном поле, в проводнике индуцируется ЭДС (электродвижущая сила) или ток, который можно найти, используя уравнение ЭДС генератора переменного тока. Другими словами, проводник, помещенный в переменное магнитное поле, также испытывает ЭДС и используется в генераторах переменного тока.

Направление индуцированного тока определяется правилом правой руки Флеминга. Если расположить большой, указательный и средний пальцы правой руки, направление движения большого пальца, указательный палец представляет индукционный ток, а средний палец представляет направление силовых линий магнитного поля. Следовательно, все они взаимно перпендикулярны.

Проводник сформирован в виде катушки из нескольких витков, называемой обмоткой якоря. В генераторе якорь неподвижен. Поэтому он размещен внутри статора. Обмотки возбуждения используются для создания магнитного поля. Поскольку поле движется, обмотки возбуждения размещаются внутри ротора. Обмотки возбуждения запитываются через токосъемные кольца, образуя электромагнит с северным и южным полюсами.

Ротор вращается с помощью первичного двигателя. Полюса магнитного поля также вращаются с той же скоростью, что и ротор. Таким образом, переменный магнитный поток разрезает обмотку якоря, вызывая в обмотках ток.

ЭДС индукции зависит от согласования магнитного поля и обмотки якоря. Он максимален, когда обмотка якоря и силовые линии магнитного поля перпендикулярны, и равен нулю, когда они совпадают. Когда магнитное поле вращается, выходной сигнал колеблется между нулем и максимумом, как при переменном токе переменного тока.

Статор имеет отдельные обмотки якоря для каждой фазы, смещенные точно на 120°. Следовательно, ЭДС индукции находится на расстоянии 120 ° друг от друга, как в трехфазном переменном токе, как показано ниже.

Частота ЭДС индукции зависит от скорости, а также от количества полюсов. Он определяется как

f = NP/120

Где

• f = частота индуцированной ЭДС
• N = частота вращения ротора в об/мин
• P = количество полюсов

Похожие сообщения:

• Разница между генератором переменного и постоянного тока
• Разница между генератором переменного тока и генератором в сравнении
Типы генераторов переменного тока

Генераторы переменного тока можно классифицировать на основе различных факторов.

В зависимости от конструкции ротора генераторы делятся на два типа

• Тип с явнополюсными полюсами
• Цилиндрический столб Тип
Тип с явно выраженными полюсами

Генератор переменного тока с явнополюсным ротором имеет большое количество выступающих полюсов, что подробно описано выше. Обмотка возбуждения наматывается вокруг этих полюсов, образуя полюса N и S. Такие генераторы используются для низких и средних оборотов. Его конструкция ротора не может поддерживать высокую скорость из-за виндзорских потерь. Эти генераторы переменного тока имеют большой диаметр и небольшую осевую длину.

Цилиндрический стержень

Такой генератор переменного тока имеет цилиндрический ротор с прорезями для обмотки возбуждения. Часть ротора без прорезей образует полюса N и S. Их меньше, обычно 2 или 4. Имеет меньший диаметр и большую осевую длину. Преимущество такого генератора в том, что он имеет равномерное распределение потока и высокую скорость работы.

Генераторы также классифицируются по мощности

• Однофазный генератор
• Двухфазный генератор
• Трехфазный генератор

Однофазный генератор переменного тока: Однофазный генератор переменного тока имеет несколько катушек якоря, соединенных последовательно, образуя единую обмотку. Однофазный выход подключается к обоим выводам обмотки якоря.

Двухфазный генератор: Двухфазный генератор генерирует двухфазный выходной сигнал. Он имеет две отдельные обмотки якоря. Обмотки якоря расположены таким образом, что одна обмотка имеет максимальный поток, а другая — нулевой. Каждая обмотка генерирует однофазный выход, где обе фазы имеют 9разность фаз 0°, как показано ниже.

Имеет четыре выходных клеммы, по две на фазу. Двухфазные генераторы переменного тока — ранние изобретения, разработанные для самозапуска двигателей в начале 20 века. С изобретением трехфазного генератора переменного тока он заменил двухфазный генератор переменного тока по нескольким причинам, таким как меньшее количество проводников, необходимых для передачи того же тока.

Трехфазный генератор переменного тока: трехфазный генератор переменного тока имеет три обмотки якоря, выходное напряжение которых отстоят друг от друга на 120°. Он имеет три выходных клеммы, каждая для отдельной фазы.

Генераторы также можно классифицировать в зависимости от их применения.

Автомобильный генератор: автомобильный генератор используется в автомобилях. Поскольку автомобили работают от постоянного, а не переменного тока, автомобильный генератор переменного тока имеет встроенные выпрямители для преобразования переменного тока в постоянный. Они маленькие, легкие и специально разработаны для зарядки автомобильных аккумуляторов и питания электроники в автомобиле.

Генератор дизель-электровозов: такие генераторы предназначены для работы от дизельных двигателей локомотива. Он обеспечивает питание тягового двигателя. Он также обеспечивает электроэнергией переменного тока пассажирский поезд для освещения, кондиционирования воздуха, обогревателя, электрических розеток и т. д.

Судовой генератор переменного тока: Такие генераторы предназначены для использования на морских и военных катерах. Он обеспечивает заряд аккумулятора и нагрузки на лодку. Он использует кремниевые выпрямители для преобразования переменного тока в постоянный. Выходное напряжение морского генератора составляет от 12 до 24 вольт.

Бесщеточный генератор переменного тока: в таком генераторе токосъемные кольца и щетки ротора заменяются отдельным генератором, называемым генератором возбуждения. В генераторе возбуждения якорь находится в роторе, а обмотки возбуждения — в статоре. Обмотка возбуждения возбуждается АРН (автоматический регулятор напряжения), в то время как якорь ротора вырабатывает ток для питания обмоток возбуждения главного генератора переменного тока.

Нет движущихся частей и меньше изнашивается. Таким образом, он требует меньше обслуживания. Он используется в производстве электроэнергии на тепловых, хайдельских и атомных электростанциях.

Радиогенератор: Радиогенератор, также известный как генератор Гольдшмидта, представляет собой высокочастотный генератор переменного тока, используемый для генерирования высокочастотного тока в радиопередатчиках. Он отличается от обычного генератора очень высокой скоростью и количеством полюсов от 300 до 600. Он использовался для генерации до 100 кГц.

Похожие сообщения:

• Как определить размер генератора? Портативный, резервный и резервный для домашних и коммерческих приложений
• Как подключить портативный генератор к домашней сети – 4 метода

Преимущества и недостатки генератора переменного тока

Преимущества

Вот некоторые преимущества генератора переменного тока

• Генератор переменного тока имеет стационарный якорь, поэтому выходная мощность снимается непосредственно с его клемм без щеток и контактных колец.
• Отсутствие электрических искр и износа из-за трения между контактным кольцом и щетками, поэтому требует меньше обслуживания.
• Отсутствует падение напряжения на щетках, увеличивающееся с увеличением выходного напряжения.
• Он имеет более высокий КПД и более высокое напряжение, чем генератор постоянного тока.
• Обмотка возбуждения ротора питается низким постоянным напряжением, поэтому они служат дольше.
• Имеет меньший вес, компактнее и меньше по размеру.
• Его конструкция позволяет использовать его для высокоскоростной и плавной работы.
• В нем используется диодный выпрямитель с меньшим падением напряжения, чем у коммутатора с бесшумным и плавным выходом постоянного тока.
• Он имеет простую и надежную конструкцию и дешевле, чем генератор постоянного тока.

Недостатки

Генераторы не имеют многих недостатков. Тем не менее, вот некоторые недостатки генератора переменного тока.

• Требуется эффективная система охлаждения, так как большой ток может привести к его перегреву, что снижает его производительность
• Для преобразования переменного тока в постоянный требуется диодный выпрямитель, тогда как генератор может генерировать как переменный, так и постоянный ток.