Принцип работы генератора электрического тока: Генератор переменного тока. Устройство и принцип действия

Содержание

Альтернатор генератора: синхронный или асинхронный

Генератор переменного тока — это тип электрического генератора, используемого в автомобилях, лодках и стационарных электростанциях. Он преобразует механическую энергию в электрическую. Генераторы переменного тока бывают двух основных типов — синхронные (бесщеточные) и асинхронные (бесщеточные). В этой статье мы рассмотрим принцип работы и особенности синхронных и асинхронных генераторов переменного тока.

Синхронный генератор переменного тока

Синхронный генератор переменного тока — это вращающаяся электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока (AC). Это тип генератора переменного тока, который обычно приводится в действие двигателем внутреннего сгорания, паровой турбиной или водяной турбиной.

Механическая энергия обеспечивается вращательным движением ротора генератора, который соединен с двигателем или турбиной.

Ротор состоит из многочисленных полюсов или магнитов, которые вращаются внутри статора, содержащего несколько медных обмоток. При вращении ротора обмотки статора намагничиваются, создавая синусоидальный переменный ток.
Синхронные генераторы переменного тока более эффективны, чем асинхронные, поскольку они производят меньше «пульсаций» и генерируют более стабильный выходной сигнал. Это сказывается на запчастях и обслуживании генераторов. Они также легче и компактнее, что делает их идеальными для использования в небольших устройствах, таких как системы аварийного освещения, солнечные системы и портативные генераторы.

Асинхронный генератор переменного тока

Рекомендуемые товары

Ошибка получения цены товара «Стабилизатор напряжения АСН-8000/1-Ц»

Асинхронный генератор также является одним из типов вращающихся электрических машин, но принцип его работы отличается от синхронного генератора.

Асинхронный генератор приводится в действие невращающейся машиной, такой как двигатель или турбина, которая передает механическую энергию на ротор через эксцентриковую муфту.

Это эксцентриковое движение заставляет ротор вращаться вне фазы с обмотками статора, создавая переменный ток различной частоты. Асинхронные генераторы переменного тока также называют генераторами «индукторного» типа, так как в их работе используется индукция, а не магнетизм.
Асинхронные генераторы обычно более эффективны, чем синхронные, и часто используются в больших системах, таких как электростанции и электрические сети. Они также могут применяться в небольших системах, таких как ветряные турбины, солнечные системы и портативные генераторы.

Заключение

В целом, два основных типа генераторов переменного тока — синхронные (бесщеточные) и асинхронные (бесщеточные). Синхронные генераторы приводятся в действие вращающейся машиной, например, двигателем внутреннего сгорания или турбиной, и генерируют переменный ток постоянной частоты.

Асинхронные генераторы приводятся в действие невращающейся машиной, такой как двигатель или турбина, и генерируют переменный ток различной частоты. Оба типа генераторов переменного тока используются в различных областях, от крупных электросетевых систем до небольших портативных генераторов.

Специалисты Строймашсервис-Мск

Материал подготовили сотрудники smsm.ru, имеющие практический опыт работы более 25 лет со строительным оборудованием и инструментами как российского производства, так и иностранного.

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

Примечания о принципе работы генератора переменного тока

Генератор переменного тока представляет собой электрическое устройство, которое производит электричество путем преобразования механической энергии в электрическую. Он преобразует механическую энергию в электрическую с помощью электромагнитной индукции. Это достигается за счет двух основных частей генератора переменного тока: ротора (вращающаяся часть) и статора (неподвижная часть).

Части генератора переменного тока

Части генератора переменного тока следующие:

Якорь : Вращающаяся часть генератора переменного тока называется якорем. Он включает в себя коммутатор и катушки, установленные на роторе с двумя противоположными полярностями.
Коллектор : Контакт, где ток покидает щетку, чтобы войти в обмотки якоря, называется коммутатором.
Щетки : Это проводники из углерода, которые поддерживают контакт между неподвижным проводом, известным как поле, и движущимися частями, покрытыми арматурой. Щетки можно заменить, если они изнашиваются.
Обмотки возбуждения : Эти обмотки изолированы друг от друга и от земли, а затем помещены вокруг сердечника из пластин из мягкого железа или стали. Обычно их соединяют последовательно для обеспечения постоянного тока или параллельно для генераторов переменного тока. Если вы хотите построить генератор переменного тока, вам нужно найти хотя бы один комплект обмоток возбуждения вокруг стержня. Их цель состоит в том, чтобы создать магнитное поле, когда через них проходит электричество, чтобы можно было генерировать ток, пропуская это магнитное поле через катушки с помощью вращающегося магнита внутри них (ротор).

Производство электроэнергии

Производство электроэнергии осуществляется путем преобразования механической энергии в электрическую. Генератор переменного тока работает по принципу электромагнитной индукции и используется для выработки электроэнергии на электростанциях. В этой статье объясняется основной принцип работы генератора переменного тока и его конструкция.

Генераторы переменного тока используются на электростанциях для преобразования механической энергии паровых турбин или потока воды (гидроэлектроэнергии) в электрическую энергию.

Генератор переменного тока обычно состоит из двух основных частей: ротора и статора. Ротор — это вращающаяся часть, а статор — неподвижная часть генератора переменного тока. Ротор содержит обмотку возбуждения, а статор содержит обмотку якоря.

Когда генератор вращается, он пересекает силовые линии магнитного поля и генерирует электрический ток в проводе.

Ток определяется как количество заряда, протекающего через данную точку электрической цепи в единицу времени. Величина этого тока зависит от того, как быстро вы вращаете магнит и сколько витков проволоки вокруг вашего цилиндра.

Типы генераторов

Каждый синхронный генератор имеет вращающийся механизм, который подключается к стационарному источнику переменного/постоянного тока через две щетки. Это означает, что поворотный механизм вращается с той же скоростью, что и ток, который подается в генератор сначала через переменное, а затем через постоянное звено.

Количество тока, проходящего через каждую щетку, зависит от скорости их вращения. Типичным примером является вентилятор, который будет вращаться быстрее, если вы нальете в него больше воды, то есть он будет вращаться быстрее. Следовательно, если мы подадим 100 ампер или, например, 1000 ватт, то мы получим 1000 ватт скорости вращения машины, которая будет почти постоянной, потому что ей придется преодолевать трение при движении внутри себя.

Принцип работы генератора переменного тока

Генератор работает по принципу электромагнитной индукции. Когда проводник помещается в магнитное поле, в проводнике индуцируется электрический ток. Он движется от более низкой потенциальной энергии к более высокой потенциальной энергии, используя механическую энергию. Таким образом, он действует как источник электроэнергии для привода электрических нагрузок и питания устройств.

Генератор переменного тока вырабатывает переменный ток, который сначала течет в определенном направлении, а затем меняет направление на противоположное. Постоянный ток (DC) можно получить с помощью вращающегося магнита, а переменный ток (AC) можно получить с помощью вращающегося магнита или генератора переменного тока, когда он используется для выработки электричества.

ЭДС индукции (электромагнитное поле) определяется по закону Фарадея

электромагнитной индукции как

V — угловая скорость ротора относительно статора

Таким образом, если мы можем увеличить либо l, либо B, мы можем увеличить E, а это значит, что ЭДС можно увеличить, увеличив число витков в катушке или увеличив плотность потока электронов.

Преимущества генераторов переменного тока

Ниже перечислены преимущества генераторов переменного тока:

Одной или двух обмоток достаточно для выработки мощности переменного тока.
Обмотка якоря генератора переменного тока легко заменяется и ремонтируется по сравнению с генератором постоянного тока.
Стоимость вращающегося преобразователя меньше, чем у коммутатора, необходимого в генераторах постоянного тока.
Нет необходимости притирать контактные кольца щеткой в генераторе переменного тока, благодаря чему этот генератор требует минимального обслуживания и имеет высокий КПД.
Важным преимуществом генератора переменного тока является то, что он может подавать электроэнергию на все расстояния, в то время как генератор постоянного тока не может поставлять электроэнергию на такие большие расстояния из-за потерь, возникающих в линиях передачи и распределения, что в конечном итоге снижает уровень его эффективности.
Генераторы переменного тока используются исключительно для производства электроэнергии на любой крупной центральной станции, в то время как генераторы постоянного тока используются только тогда, когда требуется небольшое количество электроэнергии, особенно в лабораториях и на фабриках и т. д., где преобразование переменного тока в постоянный не требуется. осуществимо или практично.

Недостатки генераторов переменного тока

Ниже перечислены недостатки генераторов переменного тока:

Генератор переменного тока выделяет больше тепла, что может привести к пожару и ожогам.
Основным недостатком генератора переменного тока является то, что ему требуется постоянная фиксированная мощность источника питания.
Генераторы переменного тока не очень долговечны.

Применение генераторов переменного тока

Генераторные установки характеризуются мощностью, которую они производят, которая измеряется в киловаттах (кВт) или мегаваттах (МВт)

Различные типы генераторов переменного тока производятся от небольших портативных электрических генераторов до больших резервных генераторов, которые могут питать целый городской квартал в зависимости от цели. Не все из них подходят для каждой ситуации.

Например, бесшумный генератор вряд ли подойдет для промышленной установки, где и без того много шума.

Портативность генератора также является важным фактором, особенно если он будет использоваться в качестве аварийного резервного источника.

Например, если вам нужно взять с собой генератор во время похода или вождения, вам следует выбрать меньший тип генератора переменного тока, который легко перемещать.

генераторы переменного тока используются для:

General General
Мотор
Зарядка батареи
Цепи управления
Высокое напряжение линии передачи
.0002 Это генераторы, используемые для подачи сварочного тока.
Переносные бытовые генераторы
Переносные генераторы используются в домашних условиях и обычно работают на бензине или жидкой нефти. Они используются для холодильников, насосов, печей и электрического оборудования, используемого во дворе.
Переносные строительные и промышленные генераторы
Они используются в промышленных зонах и обычно бывают двух типов: трехфазные дизельные и однофазные дизельные или газовые модели.
Портативные генераторы для автодомов и отдыха
Генератор этого типа бесшумный и работает на бензине. Они используются в бытовой технике, такой как компьютеры, телевизоры, музыкальные проигрыватели и т. д.
Заключение
Генератор работает по принципу электромагнитной индукции. Когда проводник помещается в магнитное поле, в проводнике индуцируется электрический ток. Генератор переменного тока вырабатывает переменный ток, который сначала течет в определенном направлении, а затем меняет направление на противоположное. Таким образом, он действует как источник электроэнергии для привода электрических нагрузок и силовых устройств.
ЭДС индукции (электромагнитное поле) определяется законом электромагнитной индукции Фарадея как
В — угловая скорость ротора относительно статора.
11.2 Электрические машины — генераторы и двигатели | Электродинамика
11.2 Электрические машины – генераторы и двигатели (ESCQ4)
Мы видели, что при движении проводника в магнитном поле или при движении магнита вблизи проводника в проводнике течет ток. Величина тока зависит от:
- скорость, с которой проводник подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля,
- количество витков, из которых состоит проводник, а
- положение плоскости проводника по отношению к магнитному поле.
Влияние ориентации проводника по отношению к магнитному полю показано на рис. 11.1.
Рисунок 11.1: Серия рисунков, показывающая, что магнитный поток через проводник равен зависимый под углом, который плоскость проводника образует с магнитным полем. величайший поток проходит через проводник, когда плоскость проводника перпендикулярно силовые линии магнитного поля, как на рис. 11.1 (а). Номер силовых линий, проходящих через проводник, уменьшается по мере вращения проводника до она параллельна магнитному полю Рис. 11.1 (в).

Если ЭДС индукции и ток в проводнике изобразить как функцию угла между плоскостью проводника и магнитным полем для проводника, имеющего постоянная скорость вращения, то ЭДС индукции и ток будут изменяться, как показано на рис. 11.2. Текущие чередуются около нуля и известен как переменного тока (сокращенно АС).
Рисунок 11.2: Изменение ЭДС индукции и тока в зависимости от угла между плоскостью дирижер и меняется магнитное поле.
Угол изменяется в зависимости от времени, поэтому приведенные выше графики можно отобразить на оси времени. также.

Вспомните Закон Фарадея, о котором вы узнали в 11 классе:
Закон Фарадея
ЭДС, $\mathcal{E}$, индуцированная вокруг одной петли проводника, пропорциональна скорость изменения магнитного потока φ через площадь, $A$ цикла. Математически это можно выразить так:
. \[\mathcal{E} =-N\frac{\Delta \phi}}{\Delta t}\]
, где $\phi =B·A\cos\theta$ и $B$ — напряженность магнитного поля.
Закон Фарадея связывает ЭДС индукции со скоростью изменения магнитного потока, которая является произведением напряженности магнитного поля и поперечного сечения область, через которую проходят силовые линии. Площадь поперечного сечения изменяется по мере того, как петля проводника вращается что порождает фактор $\cos\theta$. $\theta$ — угол между нормаль к площади поверхности петли проводника и магнитному полю. Когда проводник с замкнутым контуром меняет ориентацию по отношению к магнитному полю, величина магнитный поток через площадь контура изменяется и в проводящем проводнике индуцируется ЭДС петля.
временный текст
Электрические генераторы (ESCQ5)
Генератор переменного тока (ESCQ6)
Используется принцип вращения проводника в магнитном поле для получения тока в электрогенераторах. Генератор преобразует механическую энергию (движение) в электроэнергия.
Генератор
Генератор представляет собой устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. энергия.
Схема простого генератора переменного тока показана на рис. 11.3. Проводник образован катушкой проволоки, помещенной в магнитное поле. проводник вращается вручную в магнитном поле. Это порождает чередование э.д.с. Переменный ток должен передаваться от проводника к нагрузке, это система, для работы которой требуется электрическая энергия.
Нагрузка и проводник соединены контактным кольцом. Контактное кольцо это соединитель, который может передавать электричество между вращающимися частями машины. Состоит из кольца и щеток, одна из которых неподвижна. по отношению к другому. Здесь кольцо крепится к проводнику и щеткам. прикреплены к грузу. Ток возникает во вращающемся проводнике, проходит в контактные кольца, которые вращаются против щеток. Ток передается через щетки в нагрузку, и таким образом система питается.
Рисунок 11.3: Схема генератора переменного тока.
Направление тока меняется с каждым полуоборотом катушки. Когда одна сторона петли переходит на другую полюса магнитного поля, ток в контуре меняет направление. Этот тип тока, который меняет направление, известен как переменный ток, а на рис. 11.4 показано, как он происходит при вращении проводника.
Рисунок 11.4: Красные (сплошные) точки обозначают ток, выходящий из страницы, а крестики показать текущий заходим на страницу. Генераторы переменного тока
также известны как генераторы переменного тока. Их можно найти в автомобилях для зарядки автомобильный аккумулятор.
временный текст
Генератор постоянного тока (ESCQ7)
Простой генератор постоянного тока сконструирован так же, как и генератор переменного тока, за исключением того, что одно токосъемное кольцо, которое разделено на две части, называемое коммутатором, поэтому ток в в внешняя цепь не меняет направление. Схема генератора постоянного тока показана на Рисунок 11.5. Коммутатор с разрезным кольцом приспосабливается к изменению направление тока в петле, таким образом создавая постоянный ток (DC), идущий через щетки и выход на трассу. Ток в петле имеет обратное направление, но если ты посмотришь внимательно на 2D-изображении вы увидите, что сечение коммутатора с разъемным кольцом также меняется с какой стороной цепи он соприкасается. Если ток меняет направление одновременно время что коммутатор меняет местами, во внешней цепи всегда будет протекать ток в в том же направлении.
Рисунок 11. 5: Схема генератора постоянного тока.
Форма ЭДС от генератора постоянного тока показана на рис. 11.6. ЭДС не постоянная, а абсолютная. значение синусоиды/косинуса.
Рисунок 11.6: Изменение ЭДС в генераторе постоянного тока.
Генераторы переменного и постоянного тока (ESCQ8)
Проблемы, связанные с установлением и разрывом электрического контакта с подвижной катушкой, искрообразование и нагрев, особенно если генератор вращается на высокой скорости. Если атмосфера вокруг машины содержит горючие или взрывоопасные пары, практические проблемы искрообразующих щеточных контактов еще больше.
Если вращается магнитное поле, а не катушка/проводник, то щетки не нужны в генераторе переменного тока (альтернатор), поэтому у генератора не будет тех же проблем, что и у постоянного тока генераторы. Те же преимущества переменного тока по сравнению с постоянным для конструкции генератора также применимы к электродвигателям. В то время как двигателям постоянного тока нужны щетки для электрического контакта с движущимися катушками проволоки, двигатели переменного тока моторы нет. На самом деле конструкции двигателей переменного и постоянного тока очень похожи на их генератор. аналоги. Двигатель переменного тока зависит от реверсивного магнитного поля, создаваемого переменным током. через его неподвижные катушки проволоки, чтобы заставить магнит вращаться. Двигатель постоянного тока зависит от замыкание и разрыв контактов щеток подключения к обратному току через вращающуюся катушку каждые 1/2 оборота (180 градусов).
временный текст
Электродвигатели (ESCQ9)
Основные принципы работы электродвигателя такие же, как у генератора, за исключением того, что двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию (движение).
Электродвигатель
Электродвигатель представляет собой устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. энергия.
Если поместить движущуюся заряженную частицу в магнитное поле, она испытает силу, называемую силой Лоренца .
Сила Лоренца
Сила Лоренца — это сила, с которой сталкивается движущаяся заряженная частица в электрический и магнитное поле. Магнитная составляющая: 9{-1}$}\)) и $B$ — напряженность магнитного поля (в Тесла, Т).
На этой диаграмме показан положительный заряд, движущийся между двумя противоположными полюсами магниты. направление движения заряда указано оранжевой стрелкой. Это будет испытать сила Лоренца, которая будет действовать в направлении зеленой стрелки.
Токонесущий проводник, в котором ток направлен в сторону оранжевого цвета. стрелка, также будет испытывать магнитную силу, зеленая стрелка, из-за Лоренц сила, действующая на движущиеся отдельные заряды в текущем потоке.
Если направление тока меняется на противоположное для того же направления магнитного поля, затем направление магнитной силы также изменится на противоположное, как указано в этом диаграмма.
Можно, если есть два параллельных проводника с током в противоположных направлениях. будут действовать магнитные силы в противоположных направлениях.
Электродвигатель работает, используя источник ЭДС, чтобы заставить ток течь в петле проводник так, что сила Лоренца на противоположных сторонах петли находится в противоположный направления, которые могут заставить петлю вращаться вокруг центральной оси.
Сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля, называется силой Ампера. закон.
Направление магнитной силы перпендикулярно как направлению потока тока и направления магнитного поля и может быть найдено с помощью Правило правой руки , как показано на рисунке ниже. Используй свой правая рука ; Ваш первый палец указывает в направлении ток, второй палец в направлении магнитного поля и большой палец тогда будет указывать направление действия силы.
И моторы, и генераторы можно описать с точки зрения катушки, которая вращается в магнитном поле. поле. В генераторе катушка подключена к внешней цепи, которая вращается, в результате меняется поток, который индуцирует ЭДС. В двигателе катушка с током в магнитное поле испытывает силу с обеих сторон катушки, создавая скручивание сила (называется крутящий момент , произносится как «говорить»), что заставляет его крутиться.
Если ток переменный, два токосъемных кольца необходимы для создания двигателя переменного тока. Двигатель переменного тока показано на рис. 11.7
Рисунок 11.7: Схема двигателя переменного тока.
Если ток постоянный, для создания двигателя постоянного тока требуются коммутаторы с разъемным кольцом. Это показано на рисунке 11.8.
Рисунок 11.8: Схема двигателя постоянного тока.
временный текст
Реальные приложения (ESCQB)
Автомобили
В автомобиле есть генератор. Когда двигатель автомобиля работает на генератор заряжает аккумулятор и питает электрическую систему автомобиля.
Генераторы
Попробуйте выяснить различные значения тока, вырабатываемые генераторами для разные типы машин. Сравните их, чтобы понять, какие числа иметь смысл в реальном мире. Вы найдете разные значения для автомобилей, грузовики, автобусы, лодки и т. д. Попробуйте выяснить, какие другие машины могут иметь генераторы.
Автомобиль также содержит электродвигатель постоянного тока, стартер, для проворачивания двигателя. чтобы начать это. Стартер состоит из очень мощного электродвигателя постоянного тока и стартера. соленоид, прикрепленный к двигателю. Стартеру для проворачивания двигателя требуется очень большой ток. подключен к батарее с большими кабелями, чтобы нести большой ток.
Производство электроэнергии
Для производства электроэнергии для массового распределения (в дома, офисы, фабрики) и так далее), обычно используются генераторы переменного тока. Электроэнергия, произведенная массивный электростанции обычно имеют низкое напряжение, которое преобразуется в высокое напряжение. Это эффективнее распределять электроэнергию на большие расстояния в виде высоких линии электропередач по напряжению.
Затем высокое напряжение преобразуется в 240 В для потребления в домах и офисах. Этот обычно делается в пределах нескольких километров от того места, где он будет использоваться.
Рисунок 11.9: На электростанциях используются генераторы переменного тока (все типы, гидро- и угольные электростанции (швон) для выработки электроэнергии.
Генераторы и двигатели
Учебное упражнение 11.1
Укажите разницу между генератором и двигателем.
Электрический генератор представляет собой механическое устройство, преобразовывать энергию источника в электрическую энергия.
Электродвигатель представляет собой механическое устройство для преобразования электрическая энергия от одного источника к другому образуют энергию.
Используйте закон Фарадея, чтобы объяснить, почему индуцируется ток в катушке, которая вращается в магнитном поле.
Закон Фарадея гласит, что изменяющийся магнитный поток может индуцировать ЭДС, когда катушка вращается в магнитный поле можно изменить вращение поток, тем самым индуцируя ЭДС.
Если вращение катушки таково, что поток не меняется, т.е. поверхность витка останки параллельно магнитному полю, то не должно быть ЭДС индукции.
Объясните основной принцип работы генератора переменного тока в катушка которого механически вращается в магнитное поле. Нарисуйте схему, подтверждающую ваше отвечать.
Решение пока недоступно
Объясните, как работает генератор постоянного тока. Нарисуйте схему, чтобы поддержите свой ответ. Кроме того, опишите, как DC генератор отличается от генератора переменного тока.
Решение пока недоступно
Объясните, почему катушка с током помещена в магнитное поле (но не параллельное полю) получится. Обратите внимание на силу, действующую на перемещение заряды магнитным полем и крутящий момент на катушка.
Катушка с током в магнитном поле действует сила с обеих сторон катушки это не параллельно магнитному полю, создавая крутящая сила (называемая крутящим моментом), которая заставляет его повернуть. Любая катушка с током может чувствовать силу в магнитное поле. Сила возникает из-за магнитная составляющая силы Лоренца на движущиеся заряды в проводнике, называемые амперовыми Закон. Сила на противоположных сторонах катушки будет равна в противоположных направлениях, потому что заряды движутся в противоположных направлениях.
Объясните принцип работы электродвигателя. Нарисуйте схему, подтверждающую ваш ответ.