Принцип работы электрического генератора: Принцип работы электрического генератора

Содержание

«На каком принципе основана работа генераторов переменного тока?» — Яндекс Кью

Принцип действия генератора электрического тока в кране

Принцип действия генератора электрического тока в кране

Электрической машиной называется устройство, служащее для преобразования механической энергии в электрическую или, наоборот, электрической энергии в механическую. В первом случае машина называется электрическим генератором, во втором — электродвигателем. Принцип действия электрических машин основан на законах электромагнитной индукции и действия электромагнитных сил. Для работы любой электрической машины необходимо наличие магнитного поля и проводников, по которым протекает ток.

Одна и та же электрическая машина может быть генератором, тока или двигателем. Рассмотрение устройства машин постоянного тока удобнее начать с генераторов, т. е. машин, которые производят электрический ток. Любой генератор состоит из устройства, служащего для создания магнитного потока, и электрической обмотки, в которой наводится ЭДС. У генераторов постоянного тока обмотка обычно размещается на вращающейся части, называемой якорем. Якорь располагается между полюсами, создающими магнитное поле. При вращении якоря механическим двигателем в этом магнитном поле в обмотке наводится ЭДС, которая прямо пропорциональна частоте вращения и магнитному потоку. С помощью коллектора и щеток ток подается во внешнюю цепь.

Аналогично устроены и генераторы переменного тока, только у них основная обмотка, как правило, размещается на неподвижной части машины — статоре, а магнитное поле создается магнитными полюсами, расположенными на вращающейся части — роторе.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Генераторы постоянного тока вырабатывают по сути дела переменное напряжение, которое выпрямляется особым устройством — коллектором. Рассмотрим работу простейшего генератора переменного тока (рис. 3.1), который приводится во вращение каким-либо механическим двигателем и преобразует механическую энергию в электрическую.

Рис. 3.1. Схематическое устройство простейшего генератора переменного тока

Будем считать, что якорь вращается с постоянной скоростью в направлении против часовой стрелки. Так как проводники аЬ и ей находятся в одинаковых условиях относительно полюсов С и Ю, то достаточно рассмотреть процесс создания ЭДС только в одном проводнике, например в проводнике аЪ.

Направление наводимой ЭДС определяется по правилу правой руки. Ладонь правой руки надо расположить в магнитном поле так, чтобы магнитные силовые линии были направлены в ладонь, а большой палец был отведен на 90° в плоскости ладони и направлен в сторону движения проводника. Тогда остальные пальцы руки покажут направление наведенной в проводнике ЭДС (рис. 3.2). Напомним, что принято считать магнитные силовые линии исходящими из северного полюса.

Рис. 3.2. Правило правой руки

Из рис. 3.3 видно, что каждая щетка соединена через кольцо только с одним проводником: щетка А — с проводником ab, а щетка В — с проводником cd. Значит, на зажимах внешней цепи имеется переменное во времени напряжение и по ней течет переменный ток частотой /. Итак, внутри машины получается переменный ток, но во внешнюю цепь можно выдавать постоянный или выпрямленный ток. Для этого применяют специальное устройство — коллектор, по сути дела являющийся механическим выпрямителем.

Принцип действия его состоит в следующем. Концы витка ab-cd присоединяются не к двум кольцам, как было сделано вначале, а к одному кольцу, разрезанному по диаметру, обе половинки которого изолированы друг от друга и от вала, на который они насажены. На эти полукольца или пластины коллектора наложены щетки А и В, к которым присоединяется внешняя цепь. Только теперь положение щеток на пластинках не безразлично, как на рис. 3.1, а имеет существенное значение.

С целью выпрямить переменный ток надо поставить щетки так, чтобы наводимая в витке ЭДС была равна нулю в момент перехода щетки с одной пластины на другую (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Схема простейшего генератора постоянного тока

Тогда ток во внешней цепи будет протекать только в одном направлении — от щетки А к щетке В. Здесь происходит выпрямление наводимой в витке ab-cd переменной ЭДС в пульсирующую ЭДС, и ток во внешней цепи будет также пульсирующим, т. е. меняющимся по величине в течение периода в соответствии с изменением ЭДС, но направление его остается неизменным.

Щетка А, от которой отводится ток во внешнюю цепь, является положительной и обозначается знаком плюс, а щетка В, через которую ток возвращается в машину — отрицательной и обозначается знаком минус. Чтобы пульсирующий ток стал постоянным током, необходимо сделать не две коллекторные пластины, а значительно больше, а также следует уложить на якорь обмотку, состоящую из большого числа проводников. Витки обмотки соединены с коллекторными пластинами по определенному закону.

Итак, мы ознакомились с устройством машины постоянного тока, являющейся генератором или источником электрической энергии. Но генератор может быть легко обращен в электрический двигатель. Для этого необходимо дать такое же напряжение постоянного тока на зажимы машины, какое она вырабатывала в качестве генератора. Это свойство электрических машин носит название обратимости. При работе такой машины в качестве двигателя коллектор попеременно посылает в секции обмотки якоря ток определенного направления.

Каждая машина постоянного тока состоит из следующих основных частей: неподвижной части станины, т. е. статора, предназначенного для создания магнитного потока; вращающейся части, или якоря; двух подшипниковых щитов. На статоре укреплены основные полюсы, служащие для создания основного магнитного потока, и добавочные полюсы, выравнивающие магнитный поток при работе машины, что необходимо для подавления искрения на коллекторе.

Рис. 3.4. Основной полюс

Якорь представляет собой цилиндрическое тело, вращающееся в пространстве между полюсами. Якорь имеет пазы, в которые уложены проводники обмотки. На одном валу с якорем насажен коллектор, к пластинам которого припаяны выводы от обмотки якоря. Зазор между якорем и неподвижной частью машины колеблется в пределах 0,7—3 мм для машин мощностью до 50 кВт, а в машинах большей мощности может достигать 10 мм. Сердечник 1 основного полюса (рис. 3.4) выполнен из листовой электротехнической стали толщиной 1 мм. Со стороны, обращенной к якорю, сердечник имеет полюсный наконечник 2, служащий для равномерного распределения магнитного потока через воздушный зазор. На сердечник полюса надета катушка обмотки возбуждения 3, по которой проходит постоянный ток. Катушка наматывается на каркас 4, выполняемый из листовой стали толщиной 1—2 мм, пластмассы или картона. Полюсы крепятся к статору 6 при помощи болтов 5.

Добавочные полюсы, так же как и основные, состоят из сердечника, оканчивающегося полюсным наконечником, и надетой на сердечник катушки. Добавочные полюсы устанавливают строго посередине между основными полюсами и крепят к станине болтами.

Станиной или статором называют неподвижную часть машины, к которой крепятся основные и добавочные полюсы и при помощи которой машина крепится к фундаменту или другому основанию. Станину делают из чугуна или стали с разъемом или без него в зависимости от типа и мощности машины. К станине крепятся подшипниковые щиты, поддерживающие подшипники, в которых вращается якорь.

Якорь машин постоянного тока представляет собой барабан с пазами, выполненный из листовой стали толщиной 0,5 мм. Частота перемагничивания якоря составляет 20—60 Гц. Листы набираются в осевом направлении и для уменьшения потерь от вихревых токов изолируются друг от друга лаком или бумагой толщиной 0,03— 0,05 мм. Листы якоря спрессовывают с обеих сторон нажимными приспособлениями, которые крепят на валу или стягивают болтами. Для улучшения охлаждения на вал якоря насаживают вентилятор.

Секции обмотки якоря изготовляют на шаблонах и укладывают в пазы якоря. Обмотку якоря присоединяют к коллектору, который выполняют из медных пластин трапецеидальной формы, изолированных друг от друга и от корпуса посредством слюды или миканитовых прокладок. Коллекторные пластины закрепляют на ласточкиных хвостах. После запрессовки коллектор обтачивают на станке, чтобы его поверхность имела правильную цилиндрическую форму. Концы секций якоря впаиваются в пластины коллектора.

Для подвода тока к вращающемуся коллектору и отвода от него тока применяют щеточный аппарат, состоящий из щеткодержателей, укрепленных на щеточных пальцах, и щеток, установленных в щеткодержателях.

Все щеточные пальцы крепятся на общей траверсе, устройство которой показано на рис. 3.5.

Электрический генератор — Введение, работа и компоненты

Как следует из самого названия, электрический генератор вырабатывает электричество. Электрический генератор или электрический генератор переменного тока представляет собой устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию в виде тока или ЭДС переменного тока. Другими словами, электрический генератор преобразует свою кинетическую энергию в разность потенциалов, не нарушая при этом закон сохранения энергии. Электрогенераторы работают по принципу электромагнитной индукции.

В зависимости от типа производимой электроэнергии электрические генераторы подразделяются на генераторы переменного тока и генераторы постоянного тока. Электрогенераторы в основном используются для обеспечения электроэнергией бытовых линий, промышленных целей и коммерческих предприятий.

Физика как предмет очень интересный и в то же время завораживающий. Предмет коррелирует с другими предметами, такими как математика и химия. Ваше обучение не должно ограничиваться только экзаменационными целями, поэтому мы стремимся сделать его более интересным и увлекательным. В этой конкретной статье мы обсудим одно из таких важных понятий физики и постараемся максимально использовать эту тему.

Мы будем изучать следующее из конкретной статьи —

Электрический генератор — введение
Работа с электрическим генератором
Компоненты электрического генератора
Важные факты
Важные факты
112
. Часто задаваемые вопросы

Объяснение работы электрического генератора

Прежде чем приступить к работе с электрическим генератором, давайте сначала изучим компоненты электрического генератора.

Компоненты электрического генератора

Схематическое изображение электрического генератора показано ниже. Конструкция генератора идентична электродвигателю с той лишь разницей, что вместо батареи используется гальванометр. Гальванометр — это прибор, используемый для обнаружения наличия электричества.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Электрический генератор состоит из следующих компонентов

Прямоугольный каркас или прямоугольная катушка, соединенная со щетками.
Два сильных магнита могут быть любого типа, например подковообразные магниты, стержневые магниты и т. д.
Концы катушек соединены с кольцами, как показано на схеме. Края колец дополнительно соединяются со щетками.
Для обнаружения электричества используется гальванометр.

По мере совершенствования технологий электрические генераторы совершенствуются и широко используются. Фактический генератор, используемый в бытовых целях или на промышленных линиях, будет состоять из следующих компонентов:

Работа электрического генератора

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Теперь давайте разберемся, как работает генератор. Прямоугольная катушка помещается между двумя магнитами. Предположим, что мы вращаем катушку по часовой стрелке с помощью осей, соединенных с кольцами.

При вращении катушки по часовой стрелке рычаг AB будет двигаться вверх, а рычаг CD — вниз. Мы можем применить правило правой руки Флеминга к плечу AB, и ток будет течь от A к B. Точно так же мы применим правило левой руки Флеминга к плечу CD и заметим, что ток течет от C к D. Следовательно, ток будет течь от Б ₂ до Б ₁ .

Теперь после половины оборота мы видим, что CD будет слева, а плечо AB справа. Теперь, применяя правило правой руки Флеминга к плечу CD, получаем, что ток течет от C к D, а используя правило левой руки Флеминга к плечу AB, результирующий ток течет от A к B. Следовательно, ток будет поступать в B1. и течь через B2.

Таким образом, направление тока меняется после каждого оборота, что приводит к возникновению переменного тока. Следовательно, электрический генератор обычно также известен как генератор переменного тока. Если мы хотим получить постоянный ток, мы поместим коммутатор между кольцами.

Это объяснение конструкции и работы электрического генератора. Вышеупомянутая концепция подробно объясняет электрический генератор. Если вопрос требует конструкции электрического генератора переменного тока, мы можем дать такое же объяснение.

Знаете ли вы?

Первый электрический генератор был разработан еще в 1660 году. В свое время Отто изобрел устройство, которое вырабатывало электричество за счет трения. Его назвали статическим электричеством.
Заслуга изобретения электрических генераторов принадлежит Майклу Фарадею.
Он изобрел электрический генератор как приложение своей теории электромагнитной индукции. Он провел простую экспериментальную демонстрацию с использованием большого подковообразного магнита и катушки.
Благодаря генераторам даже во время отключения электричества мы можем заниматься своими повседневными делами без перерыва.

Электрические генераторы: принцип, детали, применение и многое другое

Автор Лита Лилакришнан
Последнее изменение 28-10-2022

Электрогенератор приходит к нам на помощь, когда внезапно у нас отключили электричество во время нашего дня рождения. Итак, электрогенератор обеспечивает нас электричеством, от которого работают различные бытовые приборы в наших домах. Автомобили, самолеты, корабли и поезда нуждаются в электроэнергии, вырабатываемой генераторами. В данной статье будут рассмотрены электрические генераторы, их виды, свойства и принципы работы.

Здесь, в Embibe, вы можете получить бесплатный пересмотренный пробный тест CBSE Revised MCQ 2021 по всем темам. Тест MCQ, предлагаемый Embibe, курируется на основе пересмотренных учебников CBSE Class Books, бумажных шаблонов и учебного плана на 2021 год. В этой серии пробных тестов представлен широкий выбор соответствующих вопросов и их решений. Кандидаты в совет CBSE могут пройти эти бесплатные пробные тесты, чтобы попрактиковаться и найти области, в которых им нужно улучшить свои экзамены совета.

Электрический генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. Электроэнергия, вырабатываемая на различных электростанциях, поступает от установленного там электрогенератора. Когда катушка вращается в магнитном поле или происходит относительное движение между катушкой и магнитом, в катушке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС) или разность потенциалов.

Для вращения катушки и преобразования ее в электрическую энергию требуется механическая энергия. ЭДС индукции отвечает за протекание индукционного тока через катушку, направленную к нашим домам. ЭДС индуцируется из-за явления, известного как электромагнитная индукция.

Принцип электрического генератора

Электрический генератор работает по принципу электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция — это явление генерации электрического тока в цепи за счет изменения магнитного потока, связанного с цепью.

Магнитный поток — это общее количество силовых линий магнитного поля, проходящих через определенную область. Итак, за счет относительного движения между катушкой и магнитом мы изменяем магнитный поток, связанный с катушкой, который, в свою очередь, индуцирует ЭДС в катушке.

Фарадей сформулировал два закона, объясняющих явление электромагнитной индукции. Вот они:

Всякий раз, когда величина магнитного потока, связанного с цепью, изменяется, в цепи индуцируется ЭДС. ЭДС индукции существует до тех пор, пока продолжается изменение магнитного потока.
Величина ЭДС, индуцированной в цепи, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, связанного с цепью.

Различные методы, с помощью которых ЭДС может быть наведена в катушке, следующие:

Путем относительного движения между катушкой и магнитом.
За счет относительного движения катушки и проводника с током.
Путем изменения величины тока в проводнике, расположенном рядом с катушкой.

Направление индуцированного тока, полученного в катушке, можно определить с помощью правила правой руки Флеминга, как указано ниже:

«Большой, указательный и средний пальцы правой руки вытяните так, чтобы они были взаимно перпендикулярны друг другу. Если указательный палец указывает в направлении магнитного поля, большой палец указывает в направлении движения проводника, то средний палец указывает в направлении индуцированного тока».

В электрическом генераторе катушка вращается в магнитном поле для получения индуцированного тока. Полученный таким образом индуцированный ток непрерывно изменяется по величине и периодически по направлению несколько раз в секунду. Такой ток называется переменным током \(AC\).

Но когда ток, производимый электрическим генератором, не меняется по направлению и величине, то такой ток называется постоянным током \(DC\). В зависимости от типа тока, получаемого от электрогенератора, различают типы генераторов.

Типы электрических генераторов

Электрические генераторы производят \(переменный ток\), а также \(постоянный ток\). На основании этого электрические генераторы классифицируются как:

1. \(AC\) Генератор : Ток, производимый этим типом электрического генератора, постоянно изменяется по величине и периодически по направлению несколько раз в секунду. Таким образом, генератор \(AC\) производит \(AC\). 9{th}}\) часть секунды. Следовательно, в Индии \(AC\) меняет направление каждые \(0,01\;{\rm{s}}\)

2. \(DC\) Генератор : Ток, вырабатываемый этим типом электрогенератора, не изменить свое направление или величину. Следовательно, частота \(DC\) всегда равна нулю.

Генератор \(AC\) и генератор \(DC\) очень похожи по своему принципу, конструкции и работе, за исключением замены токосъемных колец в качестве скользящих контактов в генераторе \(AC\) на разрезное кольцо или коллектор в \(DC\ \) генератор.

Схема электрического генератора

Конструкция электрического генератора может быть показана на схеме, приведенной ниже:

Части электрического генератора

Электрический генератор состоит из различных частей, указанных ниже: медная катушка намотана на прямоугольный каркас и ламинированный сердечник из мягкого железа.

Полевой магнит : Магнитное поле создается постоянным магнитом (в небольшой динамо-машине) и электромагнитом в случае большой коммерческой динамо-машины, которая представляет собой не что иное, как электрический генератор, который мы в настоящее время изучаем.

Токосъемные кольца (в генераторе переменного тока) : Это полые металлические кольца, удерживаемые на разной высоте. Один конец якоря соединен с одним из колец, а другой — с другим кольцом. Эти кольца вращаются вместе с вращением якоря.

Разрезные кольца (в генераторе \(DC\)) : Две половины одного кольца. К этим половинкам того же кольца присоединяются концы якоря. Эти кольца вращаются вместе с якорем.

Щетки или скользящие контакты : Это гибкие металлические пластины или углеродные стержни. Они находятся в постоянном контакте с кольцами. Они помогают передавать наведенный ток от якоря и колец во внешнюю цепь.

Электрический генератор в рабочем состоянии

Электрический генератор производит электрический ток, вращая катушку в магнитном поле. Работа электрического генератора описана ниже:

Якорь, помещенный между полюсами магнита, вращается. Когда якорь вращается против часовой стрелки, левое плечо якоря будет двигаться внутрь, а правое плечо якоря будет двигаться наружу. \circ }\) левое плечо катушки якоря займет положение правого плеча и наоборот. Продолжая вращение в том же направлении (против часовой стрелки), теперь левая рука, которая раньше была правой, будет двигаться внутрь, а другая рука будет двигаться наружу.

Опять же, применяя правило правой руки Флеминга, мы находим, что индуцированный ток в катушке якоря течет против часовой стрелки. Но теперь, когда концы катушки якоря сохранили связь с теми же концами внешней цепи, направление индуцированного тока во внешней цепи теперь будет по часовой стрелке.

Таким образом, в генераторе \(AC\) мы видим, что направление индукционного тока во внешней цепи меняется через каждые пол-оборота катушки якоря. Следовательно, индуцированный ток носит переменный характер. Кроме того, величина индуцированного тока также изменяется из-за изменения угла между катушкой якоря и силовыми линиями магнитного поля.

В генераторе \(DC\) концы обмотки якоря меняют свое соединение с концами внешней цепи с помощью разрезных колец. Таким образом, направление индуцированного тока сохраняет свое направление во внешней цепи, чтобы быть направлением против часовой стрелки. Таким образом, в генераторе \(DC\) индуцированный ток не меняет своего направления и, следовательно, носит не переменный характер, а носит постоянный характер.

Величина ЭДС индукции в генераторе может быть увеличена на:

увеличение числа витков катушки якоря
увеличение площади катушки якоря
увеличение скорости вращения катушки якоря
увеличение напряженности магнитного поля.

Теперь, исходя из необходимости индуцировать \(переменный\) или \(постоянный ток\), а также величины получаемого индуцированного тока, мы выбираем тип и размер устанавливаемого генератора.

Применение электрических генераторов

Электрический генератор находит применение во многих областях. Он производит электричество, которое является наиболее универсальной формой энергии и необходимо в огромных масштабах в нашей повседневной деятельности. Некоторые из них упомянуты ниже:

Электрогенератор устанавливается на ветряные мельницы ветряной электростанции для крупномасштабного производства электроэнергии с использованием энергии ветра. В таком случае энергия ветра преобразуется в механическую энергию и преобразуется в электрическую энергию.

2. Электрогенераторы устанавливаются на геотермальных электростанциях, где геотермальная энергия используется для нагрева воды. Генерируемый таким образом пар приводит во вращение турбину, и, следовательно, геотермальная энергия преобразуется в механическую энергию и, наконец, в электрическую энергию.

3. Электрогенераторы устанавливаются на гидроэлектростанциях. Вода, хлынувшая через ворота плотины, вращает турбину и вырабатывает электроэнергию с помощью электрогенератора. Здесь кинетическая энергия текущей воды преобразуется в механическую энергию, которая затем преобразуется в электрическую энергию.

Электрогенераторы устанавливаются на атомных электростанциях. Ядерный реактор на атомной электростанции поставляет энергию для производства пара для вращения турбины для производства электроэнергии с помощью электрического генератора. Здесь энергия, полученная в результате цепной ядерной реакции, преобразуется в механическую энергию, а затем в электрическую энергию с помощью электрического генератора.
Электрогенераторы устанавливаются на тепловых электростанциях. Здесь уголь и нефть сжигаются для нагрева воды и производства пара. Этот пар вращает турбину, которая дополнительно производит электричество. Следовательно, тепловая энергия, полученная от сжигания ископаемого топлива, преобразуется в механическую энергию, которая затем преобразуется в электрическую энергию с помощью электрического генератора.
На электростанциях устанавливается электрогенератор для извлечения энергии из моря. Энергия моря в виде энергии приливов, волн и тепловой энергии океана извлекается для запуска турбины для производства электроэнергии с помощью электрического генератора. Здесь энергия, хранящаяся в море, извлекается различными способами, а затем преобразуется в механическую энергию, а затем преобразуется в электрическую энергию с помощью электрического генератора.

Резюме

Мы надеемся, что эта статья помогла вам понять принцип, типы, конструкцию и работу электрического генератора. Кроме того, это дало представление о местах, где электрический генератор используется для снабжения нас электричеством для наших повседневных нужд. Вы также можете изучить схемы и части электрического генератора с его приложениями.

РЕШЕНИЕ ВОПРОСОВ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСКОМУ ГЕНЕРАТОРУ

Часто задаваемые вопросы

Q.1.Каковы преимущества \(AC\) над \(DC\)?
Ответ: Преимущества по сравнению с \(DC\) следующие:
1. \(AC\) можно получить при любом желаемом напряжении с помощью трансформатора.
2. Меньше потери мощности при передаче при использовании \(AC\).
3. Машины \(AC\) прочны и долговечны и требуют меньше обслуживания.

Q.2. По какому принципу работает электрогенератор?
Ответ : Электрогенератор работает по принципу электромагнитной индукции.

Q.3. Что такое коммутатор?
Ответ : Это устройство, которое соединяет якорь генератора постоянного тока с внешней цепью и помогает поддерживать направление тока во внешней цепи. Он меняет соединение концов якоря с концами внешней цепи через каждые пол-оборота.

Q.4. Что такое электромагнитная индукция?
Ответ: Электромагнитная индукция – это явление, при котором ток индуцируется в цепи за счет изменения связанного с ней магнитного потока.

Q.5. Что такое электрический генератор?
Ответ : Электрический генератор — это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую.