Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Elektrina je jediný typ energie, ktorá sa dá ľahko prenášať na dlhé vzdialenosti a potom sa premieňa na mechanické, tepelné alebo konvertované na svetelné žiarenie. Elektrina samotná môže byť tiež získaná rôznymi spôsobmi: chemickými, tepelnými, mechanickými, fotoelektrickými, atď. Ale je to mechanická metóda, ktorá je založená na použití generátorov, ktoré sa ukázali ako najefektívnejšie. Medzi týmito zdrojmi elektriny sa široko využíva synchrónny alternátor.
Takmer všetka elektrická energia používaná v domácnosti a pri práci je vyrábaná generátormi tohto typu. Zaslúžia si bližšie pozrieť sa na ich zariadenie a pochopiť princíp fungovania týchto úžasných synchrónnych strojov.
zariadenie
Konštrukcia synchrónnych generátorov využíva dve hlavné pracovné časti - rotačný rotor a stacionárny stator. Na hriadeli rotora sú umiestnené permanentné magnety alebo vinutia poľa. Magnety majú zubatý tvar s opačne orientovanými pólmi.
Bezkartáčové generátory.
Vinutia statora sú umiestnené tak, že ich jadrá sa zhodujú s výstupkami magnetických pólov rotora, alebo s jadrami cievok rotora. Počet zubov magnetu zvyčajne nepresahuje 6. Pri tejto konštrukcii sa generovaný prúd odstráni priamo zo vinutí statora. Inými slovami, stator pôsobí ako kotva.
V zásade môžu byť permanentné magnety umiestnené na statore a pracovné vinutia, v ktorých bude indukovaný EMF - na rotore. Účinnosť generátora sa v dôsledku toho nezmení, ale krúžky a kefy budú potrebné na zmiernenie napätia z vinutia armatúry, čo nie je racionálne.
Schematické znázornenie bezkartáčového generátora bez budiacich vinutí je znázornené na obr. 1.
vysvetlenie:
- usporiadanie zariadenia;
- usporiadanie magnetických pólov na kotve. Tu písmená NS označujú koaxiálny magnet s pólmi a písmeno R označuje magnetické jadro rotora v tvare hrotovitých hrotov.
- model generátora. Výstupy fázových vinutí statora sú spojené "hviezdou".
Synchrónne stroje s induktormi.
Všimnite si, že permanentné magnety sa používajú ako rotory v meničoch s nízkym výkonom. Vo výkonných elektrických strojoch sa vždy používajú induktorové vinutia s nezávislým budením. Nezávislým zdrojom je nízkonapäťový generátor jednosmerného prúdu namontovaný na hriadeli synchrónneho motora.
Navrhujú sa synchrónne generátory s nízkym a stredným výkonom, so samo excitovanými vinutiami. Na indukciu induktora sa usmernený prúd fázových vinutí privádza cez kefy do krúžkov umiestnených na hriadeli statora. Štruktúra takéhoto alternátora je znázornená na obr. 2.
Všimnite si prítomnosť kefiek, ktoré sú napájané z nezávislého zdroja.
Podľa počtu fáz sú synchrónne generátory rozdelené na:
- jedna fáza;
- dvojfázová;
- tri fázy.
Podľa konštrukcie rotora je možné rozlišovať generátory s explicitnými pólmi as implicitnými pólmi. V implicitnom polárnom rotore nie sú žiadne výčnelky a cievky drôtu kotvy sú skryté v drážkach statora.
Podľa spôsobu pripojenia fázových vinutí sa rozlišujú trojfázové generátory:
- prepojený Teslovým šesťvodičovým systémom (nenašli praktické uplatnenie);
- "Star";
- "Trojuholník";
- kombinácia šiestich vinutí spojených vo forme jednej "hviezdy" a "trojuholníka". Táto zlúčenina sa tiež nazýva "Slavyanka".
Najbežnejšie spojenie je „hviezda“ s neutrálnym vodičom.
Princíp činnosti
Zvážte princíp generovania prúdu na príklade obrysového rámu umiestneného medzi magnetickými pólmi. (Obr. 3)
Ak urobíte rám otočiť (v smere šípok), potom to bude cez magnetické čiary sily. V tomto prípade sa podľa zákona o elektromagnetickej indukcii v ráme indukuje elektrický prúd, ktorý sa prejavuje pri pripojení záťaže k kefám. Jeho smer môže byť určený pravidlom. Diagram zobrazuje smer prúdu v čiernych šípkach.
Všimnite si, že v častiach rámu ab a cd sa prúd pohybuje v opačných smeroch. Tieto smery sa menia, keď sa časti rámu pohybujú od jedného pólu k druhému pólu magnetu. Ak je každý výstup z rámu pripojený na samostatný krúžok (na obrázku sú pripojené ku kolektoru!), Potom na výstupe dostaneme striedavý prúd.
Veľkosť prúdu je úmerná rýchlosti otáčania rotora. Okrem toho je striedavý prúd charakterizovaný ďalším parametrom - frekvenciou. Táto hodnota závisí priamo od frekvencie otáčania hriadeľa.
Frekvencia prúdu v elektrických sieťach je prísne dodržaná. V Rusku av niektorých ďalších krajinách je to 50 Hz, to znamená 50 kmitov za sekundu.
Tento parameter sa dá pomerne ľahko vypočítať z týchto úvah: jedna otáčka smeru prúdu nastáva na jednu otáčku rámu (alebo bipolárny magnet). Ak hriadeľ synchrónneho generátora vykoná 1 otáčku za sekundu, potom frekvencia striedavého prúdu bude 1 Hz. Na získanie frekvencie 50 Hz je potrebné zabezpečiť 50 otáčok statora za sekundu alebo 3000 ot / min.
Ako sa zvyšuje počet pólov, nastavená frekvencia sa udržiava znížením rýchlosti otáčania statora. (nepriamo úmerná závislosť). Teda pre štvorpólový stator (počet pólov je dvakrát väčší), aby sa zachovala frekvencia 50 Hz, musí sa rýchlosť otáčania hriadeľa znížiť o polovicu. Preto, ak sa použije 6 pólov, rýchlosť otáčania hriadeľa by sa mala znížiť o tri až 1000 otáčok za minútu.
Všimnite si, že v niektorých krajinách, napríklad v USA, Japonsku atď., Existujú iné štandardy - 60 Hz a striedavé 400 Hz sa používa napríklad v palubnej sieti moderných lietadiel.
Riadenie frekvencie
Dosiahnite požadované frekvenčné parametre dvoma spôsobmi:
- Navrhnúť generátor s určitým počtom pólov elektromagnetov.
- Zabezpečte zodpovedajúce menovité otáčky hriadeľa.
Napríklad v nízkootáčkových vodných turbínach sa otáča rýchlosťou 150 ot / min. pre riadenie frekvencie sa počet pólov synchrónnych generátorov zvýši na 40. V dieselových elektrárňach, pri otáčkach 750 otáčok za minútu, je optimálny počet pólov 8.
Regulácia EMF
Kvôli zmenám v parametroch aktívnych záťaží je potrebné vyrovnať menovité napätie. Napriek tomu, že EMF indukcie synchrónneho generátora súvisí s rýchlosťou otáčania rotora, vzhľadom na požiadavky na udržanie stabilnej frekvencie sa tento spôsob nemôže týmto spôsobom meniť. Parametre magnetickej indukcie sa však môžu zmeniť znížením alebo zvýšením magnetického toku, ktorý závisí od počtu závitov vinutia induktora a veľkosti budiaceho prúdu.
Regulácia sa vykonáva zapnutím budiacich cievok v okruhu prídavných reostatov, elektronických obvodov alebo nastavením prúdu generátora-patogénu (obr. 4). V prípade použitia alternátorov s permanentnými magnetmi je v takýchto zariadeniach napätie regulované externými stabilizátormi.
Vďaka svojej nízkej hmotnosti a vynikajúcim prúdovým charakteristikám sa synchrónne alternátory používajú vo všetkých moderných automobiloch. Keďže vozidlová sieť využíva jednosmerný prúd, konštrukcie automobilového alternátora sú vybavené trojfázovým usmerňovačom. Pre usmerniteľné striedavé prúdy nezáleží na frekvencii, ale napätie musí byť stabilné. To sa dosahuje použitím externých elektronických zariadení. Obrázok 5 zobrazuje elektrický obvod pripojenia generátora k vozidlu moderného vozidla.
prihláška
Synchrónne alternátory majú jednu dôležitú vlastnosť: môžu byť synchronizované s inými podobnými elektrickými strojmi. V tomto prípade sa synchrónne rýchlosti a emf paralelne zapojených alternátorov zhodujú a fázový posun je nulový. Táto okolnosť umožňuje použitie zariadení v priemyselnej energetike a pripojenie záložných generátorov pri prekročení nominálnych kapacít počas špičkových hodín.
Trojfázové trakčné generátory sa používajú v dieselových lokomotívach. Variabilné prúdy na napájanie motorov sú usmerňované polovodičovými zariadeniami. V súčasnosti sa v Rusku vyrábajú naftové lokomotívy založené na asynchrónnych elektromotoroch, ktoré nevyžadujú súčasnú opravu. V režime brzdenia pracujú ako asynchrónne generátory.
Synchrónne generátory sú inštalované na hybridných vozidlách s cieľom kombinovať trakčné motory a hnacie motory. Vyvíjaním aktívneho výkonu pri menovitých zaťaženiach šetria drahé palivo.
Existuje mnoho ďalších použití. Napríklad mobilné mini-elektrárne, domáce generátory prúdu, ako jednofázový motor atď.