Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Електричеството е единственият вид енергия, която може лесно да се предава на дълги разстояния и след това да се преобразува в механична, топлинна или преобразувана в светлинна радиация. Самата електроенергия може да бъде получена по различни начини: химически, термични, механични, фотоелектрически и др. Но механичният метод се основава на използването на генератори, които се оказаха най-ефективни. Сред тези източници на електроенергия, широко се използва синхронен алтернатор.
Практически цялата електроенергия, използвана в дома и на работното място, се произвежда от генератори от този тип. Те заслужават да разгледат по-отблизо устройството си и да разберат принципа на действие на тези удивителни синхронни машини.
приспособление
Дизайнът на синхронните генератори използва две основни работни части - ротационен ротор и стационарен статор. Постоянни магнити или намотки на полето са разположени на вала на ротора. Магнитите имат назъбена форма, с противоположно насочени полюси.
Безчеткови генератори.
Намотките на статора са разположени по такъв начин, че техните жила съвпадат с издатините на магнитните полюси на ротора или със сърцевините на роторните намотки. Броят на магнитните зъби обикновено не надвишава 6. С тази конструкция генерираният ток се отстранява директно от статорните намотки. С други думи, статорът действа като котва.
По принцип, постоянните магнити могат да бъдат поставени на статора, а работните намотки, в които ще се индуцира ЕМП - върху ротора. Ефективността на генератора няма да се промени поради това, но пръстените и четките ще са необходими за облекчаване на напрежението от намотките на котвата, което често не е рационално.
Схематично представяне на безчетков генератор без намотки за възбуждане е показано на фиг. 1.
Обяснение:
- оформление на устройството;
- разположение на магнитните полюси на котвата. Тук буквите NS означават коаксиален магнит с полюси, а буквата R означава стоманено магнитно ядро на ротора под формата на върхове с форма на нокът.
- секционен модел на генератора. Изходите на фазовите намотки на статора са свързани с "звезда".
Синхронни машини с индуктори.
Имайте предвид, че постоянните магнити се използват като ротори в алтернатори с ниска мощност. При мощни електрически машини винаги се използват намотки на индуктори с независимо възбуждане. Независим източник на захранване е DC генератор с ниска мощност, монтиран на вала на синхронен двигател.
Има проекти на синхронни генератори с ниска и средна мощност, със самовъзбуждащи се намотки. За индуциране на индуктора, изправеният ток на фазовите намотки се подава през четките към пръстените, разположени на вала на статора. Структурата на такъв алтернатор е показана на фиг. 2.
Обърнете внимание на наличието на четки, които се захранват от независим източник.
По броя на фазите синхронните генератори се разделят на:
- единична фаза;
- двуфазен;
- три фаза.
Според конструкцията на ротора е възможно да се разграничат генератори с изрични полюси и с неявни полюси. В неявния полярен ротор няма издатини, а намотките на арматурния проводник са скрити в процепите на статора.
Съгласно метода за свързване на фазовите намотки се разграничават трифазни генератори:
- свързани с шестпроводната система на Тесла (те не намериха практическо приложение);
- "Стар";
- "Триъгълник";
- комбинация от шест намотки, свързани във формата на една "звезда" и "триъгълник". Това съединение се нарича още "Славянка".
Най-често срещаната връзка е “звезда” с неутрален проводник.
Принцип на действие
Разгледайте принципа на текущото поколение на примера на контурната рамка, поставена между магнитните полюси. (Фиг. 3)
Ако направите рамката да се върти (по посока на стрелките), тя ще пресече магнитните силови линии. В този случай, съгласно закона за електромагнитната индукция, в рамката се предизвиква електрически ток, който се проявява, когато товарът е свързан с четките. Неговата посока може да се определи от правилото. Диаграмата показва посоката на тока в черни стрелки.
Забележете, че в частите на рамката ab и cd, токът се движи в противоположни посоки. Тези направления се променят, тъй като части от рамката се движат от един полюс към другия полюс на магнита. Ако всяка изходна рамка е свързана към отделен пръстен (на фигурата те са свързани с колектора!), Тогава ще получим променлив ток на изхода.
Величината на тока е пропорционална на скоростта на въртене на ротора. В допълнение, променливият ток се характеризира с друг параметър - честота. Тази стойност зависи пряко от честотата на въртене на вала.
Честотата на тока в електрическите мрежи се спазва стриктно. В Русия и в някои други страни тя е 50 Hz, т.е. 50 трептения в секунда.
Този параметър е доста лесен за изчисляване от такива съображения: един оборот на посоката на тока възниква за всяко завъртане на рамката (или биполярния магнит). Ако валът на синхронния генератор е 1 оборот в секунда, тогава честотата на променливия ток ще бъде 1 Hz. За да се получи честота от 50 Hz, е необходимо да се осигурят 50 оборота на статора в секунда или 3000 rpm.
С увеличаване на броя на полюсите, зададената честота се запазва чрез намаляване на скоростта на въртене на статора. (обратно пропорционална зависимост). По този начин за четириполюсен статор (броят на полюсите е два пъти по-голям), за да се поддържа честотата от 50 Hz, скоростта на въртене на вала трябва да бъде намалена наполовина. Съответно, ако се използват 6 полюса, скоростта на въртене на вала трябва да се понижи с коефициент от три до 1000 rpm.
Имайте предвид, че в някои страни, като САЩ, Япония и т.н., съществуват и други стандарти - 60 Hz, а променливите 400 Hz се използват, например, в бордовата мрежа на съвременните самолети.
Честотен контрол
Постигане на необходимите честотни параметри по два начина:
- Да се проектира генератор с определен брой полюси на електромагнитите.
- Осигурете подходяща номинална скорост на вала.
Например при нискоскоростни хидро турбини, които се въртят със скорост 150 об / мин. за контрол на честотата броят на полюсите на синхронните генератори се увеличава до 40. При дизелови електроцентрали, при скорости на въртене 750 об / мин, оптималният брой полюси е 8.
Регулиране на ЕМП
Поради промени в параметрите на активните натоварвания е необходимо да се изравнят номиналните напрежения. Въпреки факта, че ЕДС на индукцията на синхронен генератор е свързана със скоростта на въртене на ротора, обаче, поради изискванията за поддържане на стабилна честота, този метод не може да бъде променен по този начин. Но параметрите на магнитната индукция могат да се променят чрез намаляване или увеличаване на магнитния поток, който зависи от броя на завъртанията на намотката на индуктора и величината на тока на възбуждане.
Регулирането се извършва чрез включване на възбудителните бобини в схемата на допълнителни реостати, електронни схеми или чрез регулиране на тока на генератора-патоген (фиг. 4). В случай на използване на генератори с постоянен магнит, в такива устройства напрежението се регулира от външни стабилизатори.
Поради ниското си тегло и отличните токови характеристики, синхронните алтернатори се използват във всички съвременни автомобили. Тъй като бордовата мрежа на автомобила използва постоянен ток, конструкциите на автомобилните алтернатори са оборудвани с трифазен изправител. За коригируеми променливи токове честотата няма значение, но напрежението трябва да е стабилно. Това се постига чрез използване на външни електронни устройства. Фигура 5 показва електрическата верига за свързване на генератора към бордовата мрежа на модерен автомобил.
приложение
Синхронните алтернатори имат една важна характеристика: те могат да бъдат синхронизирани с други подобни електрически машини. В този случай синхронните скорости и emfs на паралелно свързани алтернатори съвпадат, а фазовото изместване е нула. Това обстоятелство позволява използването на устройства в индустриалното енергийно инженерство и свързването на резервни генератори, когато номиналните мощности са превишени през пиковите часове.
Трифазните тягови генератори се използват в дизеловите локомотиви. Променливите токове за задвижване на двигателите се отстраняват чрез полупроводникови устройства. Днес в Русия вече се произвеждат дизелови локомотиви, базирани на асинхронни електродвигатели, които не изискват текущо коригиране. В режим на спиране те работят като асинхронни генератори.
Синхронни генератори са монтирани на хибридни автомобили, за да се комбинират тягови двигатели и моторни двигатели. Чрез развиване на активна мощност при номинални натоварвания те спестяват скъпо гориво.
Има много други приложения. Например мобилни мини-електроцентрали, битови токови генератори, като еднофазен двигател и др.