Устройство и принцип работы генераторов
Индуктивный генератор – механический агрегат, назначение которого – преображение неэлектрической энергии в электрическую. Отличают электромеханические, термоэлектрические, магнитогидродинамические и химические генераторы. Их используют повсюду, где для обеспечения нескончаемой деятельности и уютного проживания человека нужна электрическая энергия.
Слово «индукционный» из наименования как правило ликвидируют, так как все современные генераторы считаются такими: из-за электрической индукции в них появляется электродвижущая мощь (Термоэдс). Разберем принцип работы генератора неустойчивого и регулярного тока, их систематизацию, особенности и сферы эксплуатации.
В чем разница между регулярным и неустойчивым током? При появлении нацеленного электрического поля в проводниках появляется поток. Если Термоэдс не меняет направление со временем, заряды, вернее электрическая бурная энергия, передвигаются от электрода с позитивным зарядом к негативному. Такой поток называют регулярным (DC).
Генераторы, вырабатывающие электричество на электрических станциях, наоборот, создают неустойчивый ток (AC), так как Термоэдс в них регулярно меняет значение и направление на противоположное – заряды «бегут» то в одну сторону, то в обратную. Еще его называют синусоидальным или повторяющимся знакопеременным.
В большинстве индустриальных установок используют неустойчивый ток, но встречается много устройств, которые заряжаются с помощью регулярного тока.
Его получают маршрутом выпрямления знакопеременного или от индуктивного генератора, конструкция которого включает коллектор – устройство для модификации неустойчивого напряжения в регулярное. При этом напряжение устанавливается скоростью вращения ротора двигателя.
В простом случае генератор состоит из подобных элементов:
пара разнополюсных магнитов (регулярные или электромагниты);
крутящаяся медная рамка;
трубчатый коллектор;
токосъемные угольные щетки.
Крутящуюся часть двигателя называют ротором, который ставят на якорь, недвижимый участок – статором.
Особенность электрогенератора сравнивая с модификациями неустойчивого тока – обмотки связываются с парой полуколец, а не кольцами, как в истории с неустойчивыми. При этом полукольца делит изолирующий материал, сами же они надеваются на общий вертящийся на оси с металлической рамкой цилиндр. Щетки, предоставляющие электричество во наружный очертание, с помощью пружинок прильнут к передвигающимся по кругу полукольцам.
При совершении любого полуоборота рамки прикрепленные к ее концам полукольца попеременно проходят от одной щетки к другой. При этом направление тока меняется дважды за виток. Если коллектор делает переключения в моменты смены направления движения зарядов в рамке, одна из щеток будет позитивным, а 2-я – негативным полюсом. По линии начнет даваться электричество с односторонним ходом зарядов.
Отсюда необходимо, что принцип работы генератора регулярного тока, индуктируемого якорем двигателя, состоит в его выпрямлении с помощью коллектора. Поток будет непосредственным – не изменяющим направления, однако по величине он меняется от свежего значения до предельного каждый момент – его частота будет в два раза меньше вибраций. Такой ток называют импульсным.
Для сглаживания скачков напряжения от нулевой отметки до предельного значения – перевоплощения прямого напряжения в регулярное – якорь двигателя изготавливают из большого числа катушек, которые смещены одна сравнительно другой. Вихрь состоит из аналогичного количеству катушек числа пластинок, которые находятся цилиндром вокруг вертящегося вала с коллектором. Это якорь барабанного типа.
Отличают несколько способов систематизации электростанций. По виду побуждения – это агрегаты с само- и свободным побуждением обмоток.
Электромагниты устройств, обмотки которых должны пропускать регулярный поток, создают магнитное поле. Агрегаты, черпающие питание для получения магнитного поля из автономного источника, именуются генераторами с свободным побуждением, принцип работы которых осмотрен ниже.
На электрогенераторах повышенной производительности ставят слабый приводной двигатель. Он волнует обмотки побуждения электростанции. Для старта установки хватает до 3% от нарицательной силы тока. Термоэдс меняется с помощью реостата, присоединенного в цепь побуждения.
Время от времени для получения магнитного поля используют регулярный поток, который производит сам агрегат. Его называют генератором с самовозбуждением (раньше – динамо-машиной).
Отличают 3 метода соединения обмоток якорей самовозбуждающихся электростанций. Это приборы с:
Синхронным побуждением – требуют надежное напряжение на зажимах при любой перегрузке. Выводы катушки подключают одновременно обмотке с помощью реостата, который закрывает ее на себя.
Без этого решения при трудностях с целостностью линии побуждения неравномерный рост электрический движущей силы самоиндукции может привести к пробою изоляции. Возбуждение продолжается до этапа, пока поток не достигает максимального значения, а Термоэдс – нарицательной величины.
Поочередным побуждением. Объединенные поочередно обмотки создают поток, величина которого равна току электрогенератора.
Побуждение на неженатом ходу будет свежим, следовательно, его характеристику без перегрузки не снять. Процесс побуждения вероятен лишь после включения перегрузки к зажимам двигателя. Такие модели используют для питания устройств с регулярной перегрузкой из-за зависимости напряжения от перегрузки.
Смешанным / комбинированным побуждением – оборудуют парой катушек. Одну подключают одновременно обмоткам, к ней также подсоединяют реостат для управления силой тока побуждения.
Добавочную катушку включают в цепь поочередно. Смешанное побуждение срезает вибрации напряжения под перегрузкой. Недостатки модели: большая цена, разрушающее действие длинных замыканий.
Преимущества:
Напряжение не зависит от витков вала.
Напряжение можно выверять.
Сферы применения. Область применения генераторов регулярного тока широкая. Их используют для питания магнитных тормозов, лабораторного оборудования, зарядки аккумуляторов, от которых может исполняться питание ротора генератора, и осветительных приборов разной техники. Устройства высокой производительности управляются с питанием медицинского оборудования, организации освещения в местах без электроснабжения, электрических двигателей общественного транспорта.
Почти все электрогенераторы производят неустойчивый ток, применяя внутреннюю энергию: ветра, расщепления ядерного ядра, передвигающегося поршня из-за сгорания топлива или бросающейся с высоты на лопасти турбины воды.
Основные узлы генератора неустойчивого тока представлены на схеме. Это:
вырабатывающий магнитное поле индуктор – магнит с обратными полюсами;
крутящаяся рамка;
обмотка, где появляется вызванная Термоэдс из-за изменения магнитного потока;
контактные кольца и токосъемные щетки, время от времени представляющие из себя пластинки.
В производительных приборах роль статора играет якорь, ротором является индуктор. Якорь генератора выглядит как цилиндр с выступами, куда одевают катушки.
Они подсоединены так, чтобы на выступах менялись полюсы магнита, число которых может превосходить 12 единиц. От их числа зависит частота вращения вала: чем больше, тем тише надо вертеться ротору.
Для повышения магнитных потоков в якорь ставят цельностальной сердечник. Между ним и магнитом оставляют максимальный промежуток, только бы вихрь мог вертеться.
Вихрь – гладкий цилиндр, в внешние пазы которого втиснута обмотка. Геометрия наконечников такая, чтобы вызванная Термоэдс менялась по синусоидальному закону при вращении ротора, как следствие, устройство производило синусоидальный поток.
Статор – недвижимый элемент электрогенератора. Выглядит как полый цилиндр с пазами, в который уложены обмотки. Для минимизации токов Фуко кольцо создают из стальных листов, между ними располагают слои диэлектрика.
Наружная механическая мощь крутит вихрь. В момент скрещения магнитных линий обмоткой якоря в обмотке статора индуцируется ток. Его направление с каждым витком ротора меняется, из-за этого на выходе генератора выходит неустойчивый поток.
Генераторы бывают одновременными и синхронными. У одновременного есть обмоточный провод, регулирующий напряжение между передвигающимся и статичным узлами.
Первый крутится с частотой вращения магнитного поля, поперечного обмотку статора. В момент старта вихрь выполняет слабое электрическое поле, а после повышения витков в обмотке побуждения его растет мощь. Приобретенное напряжение стабилизируется с помощью автоматики, изменяющей магнитное поле.
Синхронному генератору присущ порядок торможения с вертящимся узлом. Сам вихрь вертится с обгоном, однако имеет такую же ориентацию, что и статорное поле.
Статор выполняет силовое поле на добавочной обмотке, оно сообщается ротору, из-за этого на обмотке создается Термоэдс, а приобретенное напряжение сервируется на блок управления.
Синхронные машины бывают короткозамкнутыми или фазными. Их дефицит – нельзя управлять напряжением при поставленных выражениях ротора, превосходство – не восприимчивы к длинным замыканиям.
Число фаз. Абсолютное большинство генераторов неустойчивого тока трехфазные. Они имеют 3 обмотки, распространенные на 120 °. Вертящийся вихрь попеременно волнует в них неустойчивую Термоэдс, сбитую на тридцать процентов такта.
Инверторный генератор – станция, выдающая качественное электричество, характеристики которого имеют максимальное отличие от данных с помощью электронного блока управления. Он состоит из:
бензинового или дизельного Двигатель внутреннего сгорания, который крутит вихрь альтернатора;
самого неустойчивого генератора;
инвертора или преобразователя;
частей управления;
разъемов для включения перегрузки к источникам DC и AC.
Особенность двигателя – его можно настроить под текущие нужды потребителя, к примеру, снизить выходную производительность, что позитивно скажется на расходе топлива и КПД.
Принцип работа инверторного генератора следующий:
После старта Двигатель внутреннего сгорания он крутит вихрь электрогенератора;
Заключительный производит неустойчивое напряжение;
Оно устремляется на агрегат;
Выпрямительный блок улучшает частоту электричества до десятков килогерц.
Ток проходит через фильтр, потом – конденсатор, которые превращают его в регулярный с необходимым клиенту напряжением.
Инверторные генераторы выдают идеальную синусоиду, они слабые, бюджетные, постоянные к внутренним влияниям, однако имеют ограничение по производительности – минимум 7 — 8 кВт, а при перегрузке работают менее нескольких сек.