Kā darbojas maiņstrāvas un līdzstrāvas ģeneratori?

Termins "paaudze" elektrotehnikā nāk no latīņu valodas. Tas nozīmē "dzimšana". Runājot par enerģiju, mēs varam teikt, ka ģeneratori ir tehniskas ierīces, kas ražo elektroenerģiju.

Šajā gadījumā jāņem vērā, ka elektrisko strāvu var ražot, pārveidojot dažāda veida enerģiju, piemēram:

• ķīmiskās vielas;

• gaisma;

• termiskais un citi.

Vēsturiski ģeneratori ir struktūras, kas pārvērš rotācijas kinētisko enerģiju elektroenerģijā.

Atkarībā no saražotās elektroenerģijas veida ģeneratori ir:

1. līdzstrāva;

2. mainīgais.

Vienkāršākā ģeneratora darbības princips

Fizikālos likumus, kas ļauj izveidot modernas elektroinstalācijas elektroenerģijas ražošanai, pārveidojot mehānisko enerģiju, atklāja zinātnieki Oersted un Faraday.

Piemēro jebkuru ģeneratora dizainu elektromagnētiskās indukcijas principskad slēgtā rāmī notiek elektriskās strāvas indukcija tās krustošanās dēļ ar izveidoto rotējošo magnētisko lauku pastāvīgie magnēti vienkāršotos modeļos lietošanai mājās vai ierosmes spoles uz rūpnieciskiem izstrādājumiem ar palielinātu jaudu.

Pagriežot rāmi, mainās magnētiskās plūsmas lielums.

Cilpā inducētais elektromotora spēks ir atkarīgs no magnētiskās plūsmas izmaiņu ātruma, kas iekļūst cilpā slēgtā cilpā S, un ir tieši proporcionāls tā vērtībai. Jo ātrāk rotors griežas, jo lielāks ir radītais spriegums.

Lai izveidotu slēgtu cilpu un novirzītu no tā elektrisko strāvu, bija nepieciešams izveidot kolektoru un suku, kas nodrošina pastāvīgu kontaktu starp rotējošo rāmi un ķēdes stacionāro daļu.

Pateicoties pret kolektora plāksnēm piespiestu atsperu suku konstrukcijai, elektriskā strāva tiek pārvadīta uz izejas spailēm un no tām pāriet uz patērētāja tīklu.

Vienkāršākā līdzstrāvas ģeneratora darbības princips

Kad rāmis griežas ap asi, tā kreisā un labā puse cirkulē ap magnētu dienvidu vai ziemeļu poliem. Katru reizi tajās notiek straumju virziena maiņa pretējā virzienā, lai katrā polā tās plūstu vienā virzienā.

Lai izveidotu līdzstrāvu izejas ķēdē, katrai spoles pusei kolektora mezglā tiek izveidots pusgredzens. Birstes, kas atrodas blakus gredzenam, noņem tikai to zīmes potenciālu: pozitīvu vai negatīvu.

Tā kā rotējošā rāmja pusgredzens ir atvērts, tajā tiek radīti momenti, kad strāva sasniedz maksimālo vērtību vai tās nav. Lai saglabātu ne tikai virzienu, bet arī nemainīgu ģenerētā sprieguma vērtību, rāmis tiek izgatavots pēc īpaši sagatavotas tehnoloģijas:

• tas izmanto nevis vienu spoli, bet vairākas - atkarībā no plānotā sprieguma lieluma;

• kadru skaits nav ierobežots ar vienu eksemplāru: viņi cenšas izveidot pietiekamu skaitu, lai optimāli uzturētu sprieguma kritumu tajā pašā līmenī.

Līdzstrāvas ģeneratorā rotora tinumi atrodas spraugās magnētiskā ķēde… Tas ļauj samazināt inducētā elektromagnētiskā lauka zudumu.

Līdzstrāvas ģeneratoru dizaina iezīmes

Ierīces galvenie elementi ir:

• ārējais barošanas rāmis;

• magnētiskie stabi;

• stators;

• rotējošs rotors;

• slēdža bloks ar sukām.

Rāmis izgatavots no tērauda sakausējumiem vai čuguna, lai piešķirtu vispārējai konstrukcijai mehānisku izturību. Korpusa papildu uzdevums ir magnētiskās plūsmas pārnešana starp poliem.

Magnētu stabi, kas piestiprināti pie korpusa ar tapām vai skrūvēm. Uz tiem ir uzstādīta spole.

Stators, ko sauc arī par jūgu vai skeletu, ir izgatavots no feromagnētiskiem materiāliem. Uz tā tiek uzlikta ierosmes spoles spole. Statora kodols aprīkots ar magnētiskiem poliem, kas veido tā magnētisko lauku.

Rotoram ir sinonīms: enkurs. Tā magnētiskais kodols sastāv no laminētām plāksnēm, kas samazina virpuļstrāvu veidošanos un palielina efektivitāti. Rotoru un/vai pašiedvesmas tinumus ievieto serdes kanālos.

Komutācijas mezgls ar sukām, tam var būt atšķirīgs polu skaits, bet tas vienmēr ir divu reizinājums. Birstes materiāls parasti ir grafīts. Kolektora plāksnes ir izgatavotas no vara, kā optimālākā metāla, kas piemērots strāvas vadīšanas elektriskajām īpašībām.

Pateicoties slēdža izmantošanai, līdzstrāvas ģeneratora izejas spailēs tiek ģenerēts pulsējošs signāls.

Līdzstrāvas ģeneratoru galvenie konstrukciju veidi

Atkarībā no ierosmes spoles barošanas veida izšķir ierīces:

1. ar sevis uzbudinājumu;

2. darbojas uz neatkarīgas iekļaušanas pamata.

Pirmie produkti var:

• izmantot pastāvīgos magnētus;

• vai darbojas no ārējiem avotiem, piemēram, akumulatoriem, vēja turbīnām...

Neatkarīgi ieslēgti ģeneratori darbojas no sava tinuma, ko var pieslēgt:

• secīgi;

• šunti vai paralēla ierosme.

Viena no šāda savienojuma iespējām ir parādīta diagrammā.

Līdzstrāvas ģeneratora piemērs ir dizains, ko agrāk bieži izmantoja automobiļu inženierijā. Tās struktūra ir tāda pati kā asinhronā motora struktūra.

Šādas kolektoru konstrukcijas var darboties vienlaikus dzinēja vai ģeneratora režīmā. Šī iemesla dēļ tie ir kļuvuši plaši izplatīti esošajos hibrīdautomobiļos.

Enkuru veidošanas process

Tas notiek tukšgaitas režīmā, kad birstes spiediens ir nepareizi noregulēts, radot neoptimālu berzes režīmu. Tas var izraisīt magnētiskā lauka samazināšanos vai ugunsgrēku palielinātas dzirksteļošanas dēļ.

Veidi, kā samazināt, ir:

• magnētisko lauku kompensācija, savienojot papildu polus;

• kolektora suku stāvokļa nobīdes regulēšana.

Līdzstrāvas ģeneratoru priekšrocības

Tajos ietilpst:

• bez zudumiem histerēzes un virpuļstrāvas veidošanās dēļ;

• strādāt ekstremālos apstākļos;

• samazināts svars un mazi izmēri.

Vienkāršākā ģeneratora darbības princips

Šajā dizainā tiek izmantotas tās pašas detaļas kā iepriekšējā analogā:

• magnētiskais lauks;

• rotējošs rāmis;

• kolektora bloks ar strāvas notekas sukām.

Galvenā atšķirība slēpjas kolektora mezgla konstrukcijā, kas ir konstruēta tā, ka, kad rāmis griežas caur birstēm, nepārtraukti tiek kontakts ar pusi no rāmja, cikliski nemainot to stāvokli.

Tāpēc strāva, kas mainās saskaņā ar harmoniku likumiem katrā pusē, pilnīgi nemainīga tiek pārnesta uz sukām, un pēc tam caur tām uz patērētāja ķēdi.

Dabiski, ka rāmis tiek veidots, uztinot nevis no viena pagrieziena, bet gan aprēķinātu to skaitu, lai sasniegtu optimālo spriegojumu.

Tādējādi līdzstrāvas un maiņstrāvas ģeneratoru darbības princips ir kopīgs, un konstrukcijas atšķirības ir ražošanā:

• rotējoša rotora kolektora komplekts;

• rotora tinumu konfigurācija.

Rūpniecisko ģeneratoru dizaina iezīmes

Apsveriet rūpnieciskā indukcijas ģeneratora galvenās daļas, kurās rotors saņem rotācijas kustību no blakus esošās turbīnas. Statora konstrukcijā ietilpst elektromagnēts (lai gan magnētisko lauku var izveidot ar pastāvīgo magnētu komplektu) un rotora tinumu ar noteiktu apgriezienu skaitu.

Katrā cilpā tiek inducēts elektromotora spēks, kas katrā no tiem tiek secīgi pievienots un pie izejas spailēm veido pievienoto patērētāju barošanas ķēdei piegādātā sprieguma kopējo vērtību.

Lai palielinātu EMF amplitūdu pie ģeneratora izejas, tiek izmantots īpašs magnētiskās sistēmas dizains, kas izgatavots no divām magnētiskām ķēdēm, jo ​​tiek izmantotas īpašas elektriskās tērauda markas laminētu plākšņu ar kanāliem veidā. To iekšpusē ir uzstādītas spoles.

Ģeneratora korpusā ir statora kodols ar kanāliem, lai ievietotu spoli, kas rada magnētisko lauku.

Rotoram, kas rotē uz gultņiem, ir arī rievota magnētiskā ķēde, kuras iekšpusē ir uzstādīta spole, kas saņem inducētu EML. Parasti rotācijas asij tiek izvēlēts horizontālais virziens, lai gan ir ģeneratori ar vertikālu izvietojumu un atbilstošu gultņu konstrukciju.

Starp statoru un rotoru vienmēr tiek izveidota sprauga, kas nepieciešama, lai nodrošinātu rotāciju un novērstu iesprūšanu. Bet tajā pašā laikā tajā ir magnētiskās indukcijas enerģijas zudums. Tāpēc viņi cenšas to padarīt pēc iespējas mazāku, optimāli ņemot vērā abas prasības.

Ierosinātājs, kas atrodas uz tās pašas vārpstas kā rotors, ir salīdzinoši mazjaudas līdzstrāvas ģenerators. Tās mērķis: piegādāt elektroenerģiju elektroenerģijas ģeneratora tinumiem neatkarīgas ierosmes stāvoklī.

Šādus ierosinātājus visbiežāk izmanto turbīnu vai hidraulisko ģeneratoru konstrukcijās, veidojot primāro vai rezerves ierosmes metodi.

Rūpnieciskā ģeneratora fotoattēlā redzams slīdgredzenu un suku izvietojums, lai uztvertu strāvas no rotējoša rotora struktūras. Darbības laikā šī ierīce tiek pakļauta pastāvīgai mehāniskai un elektriskai slodzei. Lai tos pārvarētu, tiek izveidota sarežģīta struktūra, kuras darbības laikā ir nepieciešamas periodiskas pārbaudes un profilakses pasākumi.

Lai samazinātu radītās darbības izmaksas, tiek izmantota cita, alternatīva tehnoloģija, kas izmanto arī rotējošu elektromagnētisko lauku mijiedarbību. Uz rotora tiek novietoti tikai pastāvīgie vai elektriskie magnēti, un no stacionārās spoles tiek noņemts spriegums.

Veidojot šādu ķēdi, šādu struktūru var saukt par terminu «ģenerators». To izmanto sinhronajos ģeneratoros: augstfrekvences, automobiļu, dīzeļlokomotīvēs un kuģos, spēkstaciju iekārtās elektroenerģijas ražošanai.

Sinhrono ģeneratoru raksturojums

Darbības princips

Darbības nosaukums un atšķirīgā iezīme slēpjas stingra savienojuma radīšanā starp statora tinumā "f" inducētā mainīgā elektromotora spēka frekvenci un rotora rotāciju.

Statorā ir uzstādīts trīsfāzu tinums, un uz rotora ir elektromagnēts ar serdi un aizraujošu tinumu, ko baro līdzstrāvas ķēdes caur suku kolektoru.

Rotoru iedarbina mehāniskās enerģijas avots - piedziņas motors ar tādu pašu ātrumu. Tā magnētiskais lauks veic tādu pašu kustību.

Statora tinumos tiek inducēti tāda paša lieluma, bet par 120 grādiem virzienā nobīdīti elektromotora spēki, veidojot trīsfāzu simetrisku sistēmu.

Kad tie ir savienoti ar patērētāju ķēžu tinumu galiem, ķēdē sāk darboties fāzes strāvas, kas veido magnētisko lauku, kas rotē tāpat: sinhroni.

Inducētā EMF izejas signāla forma ir atkarīga tikai no magnētiskās indukcijas vektora sadalījuma likuma spraugā starp rotora poliem un statora plāksnēm. Tāpēc viņi cenšas izveidot šādu dizainu, kad indukcijas lielums mainās saskaņā ar sinusoidālo likumu.

Ja sprauga ir nemainīga, plūsmas vektors spraugas iekšpusē ir trapecveida, kā parādīts 1. līniju diagrammā.

Taču, ja bārkstiņu formu pie poliem koriģē uz šķībām, mainot spraugu līdz maksimālajai vērtībai, tad ir iespējams sasniegt sinusoidālu sadalījuma formu, kā parādīts 2. rindā. Šo paņēmienu izmanto praksē.

Sinhrono ģeneratoru ierosmes shēmas

Magnetomotīves spēks, kas rodas uz rotora «OB» ierosmes tinuma, rada tā magnētisko lauku. Šim nolūkam ir dažādi līdzstrāvas ierosinātāju modeļi, kuru pamatā ir:

1. saskarsmes metode;

2. bezkontakta metode.

Pirmajā gadījumā tiek izmantots atsevišķs ģenerators, ko sauc par ierosinātāju «B». Tās ierosmes spoli darbina papildu ģenerators pēc paralēlās ierosmes principa, ko sauc par «PV» ierosinātāju.

Visi rotori atrodas uz kopējās vārpstas. Tāpēc tie griežas tieši tādā pašā veidā. Reostatus r1 un r2 izmanto, lai regulētu strāvas ierosmes un pastiprinātāja ķēdēs.

Izmantojot bezkontakta metodi, uz rotora nav slīdēšanas gredzenu. Trīsfāzu ierosinātāja tinums ir uzstādīts tieši uz tā. Tas sinhroni griežas ar rotoru un caur līdzrotācijas taisngriezi nodod elektrisko līdzstrāvu tieši uz ierosinātāja tinumu «B».

Bezkontakta ķēžu veidi ir:

1. pašiedvesmas sistēma no paša statora tinuma;

2. automatizēta shēma.

Pirmajā metodē spriegums no statora tinumiem tiek padots pazeminošajam transformatoram, bet pēc tam uz pusvadītāju taisngriezi «PP», kas ģenerē līdzstrāvu.

Ar šo metodi sākotnējā ierosme tiek radīta atlikušā magnētisma fenomena dēļ.

Automātiskā shēma pašaizraušanās radīšanai ietver izmantošanu:

• sprieguma transformators VT;

• automatizēts ierosmes regulators ATS;

• strāvas transformators TT;

• taisngriezis VT;

• tiristoru pārveidotājs TP;

• aizsardzības bloks BZ.

Asinhrono ģeneratoru raksturojums

Galvenā atšķirība starp šiem dizainparaugiem ir stingras attiecības trūkums starp rotora ātrumu (nr) un spolē izraisīto EML (n). Starp tiem vienmēr ir atšķirība, ko sauc par "slīdēšanu". To apzīmē ar latīņu burtu "S" un izsaka ar formulu S = (n-nr) / n.

Kad slodze ir pievienota ģeneratoram, tiek izveidots bremzēšanas moments, lai pagrieztu rotoru. Tas ietekmē ģenerētā EML frekvenci, rada negatīvu slīdēšanu.

Asinhrono ģeneratoru rotora konstrukcija ir izgatavota:

• īssavienojums;

• fāze;

• dobi.

Asinhronajiem ģeneratoriem var būt:

1. patstāvīgs uztraukums;

2. sevis uzbudinājums.

Pirmajā gadījumā tiek izmantots ārējs maiņstrāvas sprieguma avots, bet otrajā primārajā, sekundārajā vai abu veidu ķēdēs tiek izmantoti pusvadītāju pārveidotāji vai kondensatori.

Tādējādi maiņstrāvas ģeneratoriem un līdzstrāvas ģeneratoriem ir daudz kopīga konstrukcijas principos, taču tie atšķiras atsevišķu elementu dizainā.