Принцип действия генератора переменного тока: 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

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 B – магнитная индукция, l – длина стороны рамки, v – линейная скорость вращения контура, t – время, 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:

• с независимым возбуждением обмоток;
• с самовозбуждением.

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

• устройства с параллельным возбуждением;
• альтернаторы с последовательным возбуждением;
• устройства смешанного типа (компудные генераторы).

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:

• зависимости между величинами при работе на холостом ходе;
• характеристики внешних параметров;
• регулировочные величины.

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 = EI_a. Отдаваемая в цепь полезная мощность P₁ = UI.

КПД

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

На холостом ходе η_e = 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

• Вольдек А. И., Попов В. В. «Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы» 2008
• О.А.Косарева «Шпаргалка по общей электротехники и электроники»
• Китаев В. Е., Корхов Ю. М., Свирин В. К. «Электрические машины» Часть 1. Машины постоянного тока. 1978
• Данилов И.А., Лотоцкий К.В. «Электрические машины» 1972

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)

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.