Генератор переменного тока: схема и виды, индукционный и электромеханический

Генератор электрического тока – это устройство, предназначенное для преобразования видов неэлектрической энергии (химической, механической, тепловой) в электрическую. Кроме того, его конструкция основана на использовании принципа электромагнитной индукции.

Принцип действия и устройство простейшего генератора переменного тока

Генератор

Электромагнитная индукция – это явление, открытое в 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем (1791-1867), который обнаружил, что, когда изменяющийся во времени магнитный поток пересекает замкнутую проводящую цепь, в последней генерируется электрический ток. Именно этот принцип лежит в основе любого генератора.

На практике принцип электромагнитной индукции реализуется следующим образом: электрический ток возникает в замкнутом корпусе (роторе) при пересечении его вращающимся магнитным полем, создаваемым, в зависимости от назначения и конструкции генератора, постоянными или специальными магнитами обмотки возбуждения. По мере поворота рамки изменяется величина магнитного потока. Чем быстрее он вращается, тем выше выходное напряжение.

В 1827 году венгерский физик Аньос Иштван Едлик (1800-1895) обнаружил этот эффект и использовал его для создания оригинальной модели генератора электрического тока. Однако, посчитав это известным, ученый не запатентовал свое открытие и объявил о создании первой динамо-машины только в 1850 году.

Принцип работы генератора

Для отвода электрического тока рама оснащена токосъемником, который преобразует ее в замкнутую цепь и обеспечивает постоянный контакт вращающейся рамы с неподвижными элементами генератора. Пружинные щетки прижимаются к кольцам коллектора, и затем электрический ток подается на выходные клеммы генератора.

Вращаясь, половины рамки последовательно проходят рядом с полюсами магнита. В этом случае происходит циклическое изменение направления движения возникающего тока: на каждом полюсе ток движется в одном направлении.

Конструкция якоря генератора постоянного тока

В зависимости от конструкции коллектора генератор может вырабатывать как постоянный, так и переменный ток.

  • В генераторах постоянного тока на каждую половину обмотки в сборке коллектора есть изолированные друг от друга полукольца. Из-за того, что эти полукольца постоянно меняются щетками, ток не меняет направление, а просто пульсирует.
  • В генераторах переменного тока концы рамы привязаны к контактным кольцам, и вся конструкция вращается вокруг своей оси. При вращении рамы щетки, каждая из которых вплотную примыкает к своему кольцу, обеспечивают надежное опускание. В этом случае нет циклического изменения положения щеток.

Вращающаяся часть генератора называется ротором, а неподвижная часть – статором.

Принцип работы генераторов переменного и постоянного тока идентичен. Они отличаются друг от друга конструкцией контактных колец, расположенных на вращающемся роторе, и конфигурацией обмоток.

В генераторах переменного тока часто используется оригинальное техническое решение, основанное на том, что ЭДС возникает в проводнике не только при его вращении в магнитном поле, но и при вращении самого магнитного поля относительно неподвижного проводника.

Этот эффект широко используется разработчиками, которые размещают электрические или постоянные магниты на вращающемся роторе. В этом случае напряжение снимается с неподвижно установленной обмотки, что позволяет исключить сложные конструкции токоприемных устройств.

Электрогенераторы переменного тока

Выпускается огромное количество самых разнообразных генераторов переменного тока. Их можно классифицировать по следующим параметрам:

  • способ возбуждения;
  • количество фаз.
  • конструктивное исполнение;

По способу возбуждения потребитель может встретить агрегаты:

  • при самовозбуждении – на обмотку возбуждения подается выпрямленный ток от самого генератора;
  • с возбуждением от возбудителя – генератора постоянного тока малой мощности, «сидящего» на одном валу с обслуживаемым генератором.
  • с возбуждением от постоянных магнитов – обмотка возбуждения отсутствует;
  • с независимым возбуждением: обмотка возбуждения питается постоянным током от автономного источника питания;

Схема трехфазного генератора

По количеству фаз электрогенераторы бывают:

  • двухфазный;
  • трехфазный.
  • один этап;

На практике наиболее распространены трехфазные генераторы. Это связано с рядом характерных преимуществ данного типа агрегатов:

  • более длительный срок службы, что обеспечивает сбалансированность системы;
  • одновременное использование сетевого и фазного напряжения.
  • добиться экономического эффекта при разработке систем передачи электроэнергии на большие расстояния – снизить материалоемкость трансформаторных устройств и силовых кабелей; Этому способствует наличие кругового магнитного поля;

Конструктивно трехфазный электрогенератор имеет три независимые обмотки, расположенные в статоре по окружности со смещением друг относительно друга на 120 °. В этом случае каждая обмотка представляет собой однофазный генератор, который способен подавать переменное напряжение на потребителя R. Такая одиночная обмотка называется «фазой». Фазные обмотки могут быть соединены между собой «треугольником» или «звездой».

Существуют и другие схемы соединения обмоток, например, шестипроводная система Тесла или соединение Славянка (сочетание шести обмоток в виде «звезды» и «треугольника»), но они не получили широкого распространения.

Роль корпуса в устройствах, генерирующих переменный ток, выполняет электромагнит, который при вращении перемещает наведенную переменную ЭДС в обмотках на треть цикла относительно друг друга.

Среди множества генераторов переменного тока есть два основных типа их конструкции: синхронный и асинхронный. В последнее время, учитывая большое количество сложных электронных устройств, управляемых микропроцессорами, появился новый тип электрогенератора – инвертор.

Синхронные электрогенераторы

Устройство синхронного генератора

Синхронный генератор переменного тока конструктивно состоит из двух частей: подвижного ротора и неподвижного статора.

При вращении ротора, который представляет собой электромагнит с сердечником и обмоткой возбуждения, подключенный к внешнему источнику питания посредством щеточного механизма, в обмотке статора индуцируется ЭДС, которая подается на выходные клеммы генератора. Такая конструкция устраняет необходимость в скользящих контактах, что значительно упрощает конструкцию устройства. Первоначально магнитный поток возбуждается сторонним возбудителем, подключенным к общему валу и подключенным к системе через муфту.

В синхронных электрогенераторах малой мощности обмотка возбуждения запитывается выпрямленным током. В этом случае электрическая цепь образуется за счет включения трансформаторов, включенных в цепь нагрузки. Также включен полупроводниковый выпрямитель. В главную электрическую цепь входят:

  • обмотка возбуждения;
  • регулирующий реостат.

Основной особенностью синхронного генератора является то, что частота генерируемого электрического тока пропорциональна скорости вращения ротора.

Асинхронные электрогенераторы

Асинхронный генератор переменного тока отличается от синхронного отсутствием жесткой связи между скоростями ротора и наведенной ЭДС. Разница между этими параметрами называется «пробуксовкой». Между ротором и статором индукционного генератора имеется воздушный зазор. В этом случае на частоту генерируемой ЭДС влияет тормозной момент, который возникает при подключении нагрузки и предотвращает вращение ротора. Следовательно, электрическая энергия в асинхронных электрических генераторах генерируется при более высокой скорости вращения ротора.

Конструкция асинхронных генераторов проста, но при этом имеет худшие технические характеристики по сравнению с синхронными агрегатами: погрешность по частоте может достигать 4%, а по напряжению – до 10%. Кроме того, асинхронные генераторы имеют решающее значение для пускового тока. Поэтому рекомендуется использовать их совместно со стабилизаторами, а в некоторых случаях, например, для плавного пуска электродвигателя, может потребоваться преобразователь частоты.

Инверторные генераторы

Инверторный генератор FUBAG Ti 3200

Инверторный электрогенератор – это обычный асинхронный генератор, на выходе которого установлен дополнительный стабилизатор выходных параметров.

Он работает следующим образом: генерируемое асинхронным генератором напряжение поступает в инвертор, где сначала выпрямляется, затем из полученного постоянного напряжения формируются импульсы определенной частоты и скважности. На выходе устройства эти импульсы преобразуются в синусоидальное напряжение с практически идеальными техническими характеристиками.

Привод генераторов переменного тока

Бензиновый генератор Green-Field GF4500E

В бытовых условиях ротор генератора приводится в движение двигателями внутреннего сгорания (ДВС), которые работают на таких видах топлива, как бензин или дизельное топливо. При этом срок службы бензогенераторов, оснащенных двухтактными двигателями внутреннего сгорания, составляет около 500 часов в год (не более 4 часов в сутки); четырехтактный ДВС достигает 5000 часов в год.

Рекомендуется использовать бензиновые генераторы для кратковременных отключений электроэнергии и / или для прогулок в сельской местности.

Дизель-генераторы мощнее и долговечнее бензиновых. Среди них модели с воздушным и жидкостным охлаждением. Агрегаты с воздушным охлаждением рекомендуется использовать в местах, где электричество часто отключается на длительное время.

Дизель-генератор ONIS VISA P 14 FOX

пользоваться такими бытовыми приборами крайне просто – необходимо залить топливо в бак, повернуть ключ для запуска двигателя и подключить нагрузку. Их панель управления снабжена всеми необходимыми и интуитивно понятными надписями и символами.

Дизель-генераторы с жидкостным охлаждением – это аппараты совершенно другой категории. Они способны работать днем ​​и ночью и в основном используются на предприятиях в качестве резервных источников питания.

Промышленные генераторы, предназначенные для генерации переменного тока и подачи его потребителям на большие расстояния по высоковольтным линиям электропередачи (ВЛ), работают за счет включения водяных или паровых турбин. В таких агрегатах роторный механизм соединен непосредственно с турбинным колесом.

Турбинные электрогенераторы отличаются большой мощностью (до 100 000 кВт) и способны вырабатывать переменный ток напряжением до 16 кВ. При этом длина и диаметр их ротора могут достигать 6,5 и 15 метров соответственно, а частота вращения последнего находится в диапазоне 1500… 3000 об / мин. Такие агрегаты устанавливаются в отдельных помещениях на специально подготовленных бетонных фундаментах.

Опции и возможности бытовых электрогенераторов

Для удобства использования производители оснащают свою продукцию рядом полезных опций, в том числе:

  • наличие встроенного УЗО, отключающего прибор от сети в случае нарушения изоляции и появления тока утечки;
  • защита от перегрузки.
  • контроль параметров и их визуализация на дисплее;
  • устройство автоматического пуска агрегата при отключении электроэнергии;

При подключении нагрузки к электрогенератору, значение которого будет ниже номинала, агрегат начнет зря «съедать» часть жидкого топлива, не полностью используя свои возможности.

Не лишним будет наличие в комплекте поставки специального шумоизоляционного кожуха, увеличенного топливного бака, кожуха, защищающего агрегат от воздействия низких температур и т.д.

Особенности установки

Использование дизельного генератора

Потенциальный владелец генератора перед покупкой должен позаботиться о подготовке участка к его установке. Независимо от того, где будет установлен такой агрегат, в помещении или на улице, для него потребуется плоская прочная платформа. Установка электрогенератора на неровной поверхности усилит вибрации, что ускорит износ деталей и может стать причиной выхода из строя дорогостоящего устройства.

При установке генератора в помещении важно предусмотреть вытяжную вентиляцию. Кроме того, при эксплуатации агрегата рекомендуется оставлять дверь в комнату открытой, что, в свою очередь, потребует установки в двери решетки, которая блокирует проникновение посторонних, особенно детей, в опасную зону.

Подключите генератор к электросети в строгом соответствии с требованиями, указанными в инструкции по эксплуатации. В этом случае электропровод нужно подключать после вводного автомата и электросчетчика.

Источник – https://strojdvor.ru/elektrosnabzhenie/ustrojstvo-i-princip-dejstviya-generatorov-peremennogo-toka/
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: