Принцип работы синхронного генератора


принцип действия, характеристики холостого хода и устройство, параллельная работа. С какой скоростью вращается ротор?

Синхронный генератор – специальное устройство, посредством которого удается преобразовать любую энергию в электрическую. В роли таких устройств выступают мобильные станции, термические или солнечные батареи, специальная техника. В зависимости от вида генератора определяется возможность его использования, поэтому стоит подробнее разобраться с тем, что представляет собой устройство.

История создания

В конце XIX века компания Роберта Боша впервые разработала нечто похожее на генератор. Устройство было способно зажечь двигатель. В процессе испытаний было выявлено, что машина не подходит для постоянного использования, однако разработчики смогли усовершенствовать аппарата.

В 1890 году фирма практически полностью перешла на производство данного оборудования, так как оно приобрело большую популярность. В 1902 ученик Боша создал зажигание, задействуя высокое напряжение. Устройство было способно добыть искру между двумя электродами свечи, что сделало систему более универсальной.

Начало 60-х годов XX века стало эпохой распространения генераторов по всему миру. И если раньше устройства были востребованы только в автомобилестроении, то сейчас подобные агрегаты способны обеспечить электроэнергией целые дома.

Устройство и назначение

Конструкция подобных агрегатов задействует только два главных элемента:

При этом на валу ротора предусмотрены дополнительные элементы. Это могут быть магниты или обмотка возбуждения. У магнитов зубчатая форма, полюса для получения и передачи тока направлены в разные стороны.

Главная задача генератора заключается в преобразовании одного вида энергии в электрическую. С его помощью удается обеспечить необходимым количеством тока зависимые устройства, чтобы можно было ими воспользоваться.

Характеристики

Чтобы оценить работоспособность генератора, необходимо посмотреть на его характеристики. В принципе они такие же, как у станции, вырабатывающей постоянный ток. Главными параметрами оценки являются несколько факторов.

  • Холостой ход. Представляет собой зависимость ЭДС от силы движущихся токов, отвечающих за возбуждение демпферной катушки. С его помощью удается определить способность цепей намагнититься.
  • Внешняя характеристика. Подразумевает параллельную связь между напряжением катушки и нагрузочным током. Величина зависит от типа прикладываемой к устройству нагрузки. Среди причин, способных вызвать изменения, выделяют увеличение или уменьшение ЭДС агрегата, а также падение напряжения на обмотках установленной катушки, которая помещена внутрь устройства.
  • Регулировка. Представляет зависимость, которая образуется между токами возбуждения и нагрузочным током. Обеспечение работоспособности и защиты синхронных агрегатов достигается за счет отслеживания данного показателя. Достичь этого несложно, если постоянно проводить настройку ЭДС.

Еще один важный параметр – это мощность. Определить значение можно посредством показателей ЭДС, напряжения и углового сопротивления.

Принцип действия

С принципом работы устройства разобраться не так уж сложно. Он заключается во вращении магнитной рамки с целью создания электрического поля. В процессе вращения рамки возникают магнитные линии, начинающие пересекать ее контур. Пересечение способствует образованию электрического тока.

Чтобы определить, куда движутся потоки электрической энергии, необходимо воспользоваться правилом буравчика. При этом стоит отметить, что на некоторых участках движение тока противоположное. Направления постоянно меняются при достижении очередного полюса, который расположен на магните. Такое явление называется переменным током, и доказать это условие способно подключение рамки к отдельному магнитному кольцу.

Зависимость между величиной тока в рамке и скоростью вращения ротора системы пропорциональная. Таким образом, чем сильнее будет вращаться рамка, тем больше электричества сможет поставить генератор. Такой показатель характеризуется частотой вращения.

Согласно установленным нормам, оптимальный показатель частоты вращения в большинстве стран не должен превышать 50 Гц. Это значит, что ротор должен выполнять 50 колебаний в секунду. Для вычисления параметра необходимо условиться, что один поворот рамки приводит к изменению направления тока.

Если вал успевает повернуться 1 раз за секунду, это означает, что частота электрического тока составляет 1 Гц. Таким образом, для достижения показателя в 50 Гц потребуется обеспечить правильное количество вращений рамки за секунду.

В процессе эксплуатации нередко происходит возрастание числа полюсов электромагнита. Их удается задержать посредством уменьшения скорости, с которой вращается ротор.

Зависимость в этом случае обратно пропорциональная. Таким образом, чтобы обеспечить частоту в 50 Гц, потребуется снизить скорость примерно в 2 раза.

Дополнительно стоит отметить, что в некоторых странах установлены другие нормы вращения ротора. Стандартным показателем частоты является показатель в 60 Гц.

Виды

Сегодня производители выпускают несколько видов синхронных генераторов. Среди существующих классификаций особого внимания заслуживают несколько. В первую очередь стоит рассмотреть деление агрегатов по конструктивному устройству. Генераторы бывают двух видов.

  • Бесщеточный. Конструкция электрогенератора подразумевает использование обмоток статора. Они размещены так, чтобы сердечники элементов совпадали с направлением либо магнитных полюсов, либо сердечников, которые предусмотрены на катушке. Максимальное количество зубьев магнита не должно превышать 6 штук.
  • Синхронный, оборудованный индуктором. Если речь идет о регулировочных машинах, работающих на небольшой мощности, то в качестве ротора используют магниты постоянного тока. В противном случае ротором является обмотка индуктора.

Следующая классификация подразумевает деление мобильных станций на отдельные виды.

  • Гидрогенераторы. Отличительная черта устройства – ротор с выраженными полюсами. Такие агрегаты используют для производства электроэнергии там, где нет необходимости в обеспечении большого количества оборотов устройства.
  • Турбогенераторы. Отличие – отсутствие выраженных полюсов. Устройство собирают из различных турбин, оно способно в несколько раз повысить количество оборотов ротора.
  • Синхронные компенсаторы. Используется для достижения реактивной мощности – важного показателя на промышленных объектах. С его помощью удается повысить качество подаваемого тока и стабилизировать показатели напряжения.

Выделяют несколько распространенных моделей подобных устройств.

  • Шаговые. Их используют для обеспечения работоспособности приводов, установленных в механизмах, которые имеют цикл работы старт-стоп.
  • Безредукторные. В основном используются в автономных системах.
  • Бесконтактные. Востребованы в качестве основных или резервных мобильных станций на судах.
  • Гистерезисные. Такие генераторы задействуют для счетчиков времени.
  • Индукторные. Обеспечивают работу электроустановок.

Еще один вид деления агрегатов – тип используемого ротора. В этой категории генераторы делятся на устройства с явнополюсным ротором и неявнополюсным.

Первые представляют собой устройства, в которых четко просматриваются полюса. Они отличаются небольшой скоростью вращения ротора. Вторая категория имеет в своей конструкции цилиндрический ротор, у которого отсутствуют выступающие полюса.

Область применения

Синхронные генераторы – устройства, предназначенные для добычи переменного тока. Встретить такие устройства можно на различных станциях:

  • атомных;
  • тепловых;
  • гидроэлектростанциях.

А также агрегаты активно используются в транспортных системах. Их применяют в различных автомобилях, в судовых системах. Синхронный генератор способен работать как в автономном режиме, отдельно от электрической сети, так и одновременно с ней. При этом удается подключить сразу несколько агрегатов.

Преимуществом станций, вырабатывающих переменный ток, является возможность обеспечить выделенное пространство электроэнергией. Удобно, если объект находится далеко от центральной сети. Поэтому агрегаты пользуются спросом у владельцев ферм, отдаленных от города населенных пунктов.

Как выбрать?

При выборе генератора важно найти подходящее и надежное устройство, которое сможет обеспечить электроэнергией отведенную площадь. Для начала необходимо определиться с техническими параметрами будущего устройства. Специалисты советуют обратить внимание на:

  • массу электрогенератора;
  • габариты устройства;
  • мощность;
  • расход топлива;
  • показатель шума;
  • продолжительность работы.

А также важным параметром является возможность организации автоматической работы. Чтобы понять, сколько фаз требуется будущему генератору, необходимо определиться с типом и количеством электроприборов, которые будут к нему подключаться.

Например, к однофазному электрогенератору могут подключиться только потребители с одной фазой. Трехфазная заметно расширяет этот показатель.

Однако не всегда покупка подобной мобильной электростанции становится лучшим решением.

Перед покупкой дополнительно рекомендуется учесть нагрузку, которая будет оказана на устройство во время его работы. На каждую фазу должна приходиться нагрузка максимум в 30% от общего количества. Таким образом, если мощность генератора составляет 6 кВт, то в случае использования розеток с напряжением в 220 В удастся задействовать только 2 кВт.

Покупка трехфазного генератора востребована только тогда, когда в доме много трехфазных потребителей. Если большинство приборов однофазные, лучше приобрести соответствующий агрегат.

Эксплуатация

Перед запуском электрогенератора необходимо сначала провести его регулировку. В первую очередь настраивают частоту работы устройства. Сделать это можно двумя способами:

  1. поменять конструкцию агрегата, заранее предусмотрев, какое количество полюсов необходимо для работы электромагнита;
  2. обеспечить требуемую частоту вращения вала без каких-либо изменений в конструкции.

Яркий пример – тихоходные турбины. Они обеспечивают вращение ротора в 150 оборотов в минуту. Для настройки частоты используют первый способ, увеличивая количество полюсов до 40 штук.

Следующим параметром, который необходимо настроить, является ЭДС. Возникает необходимость регулировки из-за изменений характеристик поступающих нагрузок, действующих на мобильную станцию.

Несмотря на то что ЭДС индукции устройства связана с ротором и его вращениями, из-за требований безопасности нельзя разбирать конструкцию, чтобы поменять параметр.

Изменить величину ЭДС можно посредством регулировки образующегося магнитного потока. Его необходимо будет увеличить или уменьшить. За величину показателя отвечают витки обмотки, а точнее, их количество. А также повлиять на мощность магнитного потока можно посредством тока, который образует катушка.

Наладка подразумевает включение в цепь нескольких катушек. Для этого необходимо воспользоваться дополнительными реостатами или электронными схемами. Второй вариант требует настройки параметра за счет внешних стабилизаторов. Это обеспечивает надежное обслуживание.

Преимущество синхронной мобильной станции – это возможность синхронизации с другими электромашинами подобного типа. При этом во время подключения удается сопоставить скорости вращения и обеспечить нулевой фазовый сдвиг. В связи с этим мобильные электростанции востребованы в промышленной энергетике, где очень удобно их использовать в качестве резервного источника тока для повышения производственных мощностей в случае больших нагрузок.

О синхронном и асинхронном генераторе смотрите далее.

Синхронный электродвигатель: характеристики, устройство и принцип действия

Содержание

  1. Устройство синхронного электродвигателя
  2. Принцип работы синхронного электродвигателя
  3. Характеристики синхронного электродвигателя

Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Рассмотрим принцип действия синхронного электродвигателя, его характеристики и свойства.

Устройство синхронного электродвигателя

Строение агрегата данного вида типично. Двигатель состоит из:

  • Неподвижной части (якорь или статор).
  • Подвижной части (ротор или индуктор).
  • Вентилятора.
  • Контактных колец.
  • Щеток.
  • Возбудителя.

Статор представляет собой сердечник, состоящий из обмоток, который заключен в корпус. Индуктор комплектуется электромагнитами постоянного тока (полюсами). Конструкция индуктора может быть двух видов – явнополюсная и неявнополюсная. В статоре и роторе расположены ферромагнитные сердечники, изготовленные из специальной электротехнической стали. Они необходимы для уменьшения магнитного сопротивления и улучшения прохождения магнитного потока.

Частота вращения ротора в синхронном двигателе равна частоте вращения магнитного поля. Независимо от подключаемой нагрузки частота ротора неизменна, так как число пар полюсов магнитного поля и ротора совпадают. Их взаимодействие обеспечивает постоянную угловую скорость, не зависящую от момента, приложенного к валу.

Принцип работы синхронного электродвигателя

Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков. После подключения обмотки якоря к сети ротор остается неподвижным, в то время как постоянный ток поступает в обмотку возбуждения. Направление электромагнитного момента меняется дважды за время одного изменения напряжения. При значении среднего момента равном нулю, ротор под влиянием внешнего момента (механического воздействия) разгоняется до частоты, близкой по значению частоте вращения магнитного поля в зазоре, после чего двигатель переходит в синхронный режим.

В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.

Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:

  • Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.
  • С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.

Характеристики синхронного электродвигателя

Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

  • Работу при высоком значении коэффициента мощности.
  • Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.
  • Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.
  • Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
  • Экономичность.

Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:

  • Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.
  • Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).
  • Сложность пуска.
  • Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.

Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:

  • Для улучшения коэффициента мощности.
  • В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.

Таким образом, «плюсы» двигателей такого типа значительно превосходят «минусы», поэтому на данный момент они высоко востребованы.

Изучив синхронный двигатель, устройство и принцип его действия и учтя условия, в которых он будет эксплуатироваться, вы сможете быстро и с легкостью подобрать оптимально подходящий для ваших целей тип агрегата (защищенный, закрытый, открытый) и использовать его с максимальной эффективностью.


Что такое силовой генератор и как он работает?

Сравнение генераторов на дизельном топливе, пропане и природном газе

Генераторы могут работать на самых разных видах топлива, начиная от тяжелого топлива и заканчивая пропаном. Выбор топлива зависит от различных факторов: стоимость генератора, стоимость топлива, доступность топлива, аспекты хранения топлива, характер выбросов каждого вида топлива, а также ограничения по шуму. Генераторы могут быть предназначены для работы с широким рядом видов топлива, начиная от лигроина и заканчивая биотопливом, но некоторыми из наиболее широко используемых видов топлива являются дизель, пропан и природный газ.


Что такое дизельные генераторы и как они работают?

Как и в случае с автомобильными двигателями, двигатели генератора отличаются в зависимости от используемого топлива. Дизельные двигатели являются видом двигателей с воспламенением от сжатия. Такие двигатели поджигают топливо посредством его нагревания до температуры выше его температуры самовоспламенения. Относительна низкая температура самовоспламенения дизельного топлива, составляющая 410 °F, делает его идеальным вариантом для, как вы уже догадались, дизельных двигателей. Как правило, для запуска менее крупных дизельных двигателей электростартер толкает поршни двигателя, сжимая при этом воздух внутри цилиндров двигателя и повышая его температуру. Это называется запуском посредством проворота коленчатого вала. Когда температура внутри цилиндра достигает температуры самовоспламенения топлива, топливо впрыскивается в цилиндр и мгновенно воспламеняется. Это отталкивает поршень (при этом выпускной клапан открывается для выброса газа) и приводит в движение коленчатый вал. Тот же процесс происходит и с другими цилиндрами, в результате чего возникает вращательное движение, необходимое для выработки электричества и поддержания цикла воспламенения от сжатия в двигателе.

В то же время бензиновые двигатели впрыскивают воздух и топливо в свои цилиндры в одно и то же время, а для зажигания им необходима искра. Благодаря простоте своего механизма зажигания дизельные двигатели зачастую являются очень надежными и долговечными. Отсутствие свечей зажигания также устраняет излучение радиочастот, которые могут мешать работе чувствительного электронного оборудования. Дизельные двигатели также являются высокоэффективными, в том числе и при более низких нагрузках, благодаря своему высокому коэффициенту сжатия.

Знаете ли вы, что только автомобили с дизельными двигателями допускаются в американскую национальную зону радиомолчания? Американская национальная зона радиомолчания — это масштабная зона в штатах Виргиния и Западная Виргиния, в которой действует ограничение на радиоизлучение для предотвращения помех в работе расположенных там радиотелескопов. (В ней также запрещены мобильные телефоны, Wi-Fi и микроволновые печи).

Что такое пропановые генераторы и как они работают?

Пропан — это еще один превосходный вариант топлива для генераторов. Двигатели на пропане очень похожи на бензиновые двигатели тем, что оба этих варианта работают по принципу зажигания от искры. Пропановые двигатели впрыскивают смесь воздуха и топлива в цилиндры двигателя, после чего свеча зажигания поджигает эту смесь.

Пропан имеет несколько преимуществ, которые позволяют генераторам на пропане особенно хорошо подходить для работы в качестве резервных источников питания для жилых домов. Как бензин, так и дизель могут испортиться в течение нескольких лет, а если хранить канистру с одним из этих видов топлива в доме, она может начать выделять испарения. Бензин и дизель также можно пролить, а процесс их уборки может оказаться довольно сложным. В то же время пропан можно хранить на бессрочной основе и не волноваться о том, что он может разлиться. Важно отметить, что многие домовладельцы уже имеют в своей собственности пропановый цилиндр, что устраняет необходимость хранения дополнительной топливной канистры у них в доме.


Что такое генераторы на природном газе и как они работают?

Генераторы на природном газе очень схожи по своей работе с пропановыми генераторами. Оба этих вариант используют свечи зажигания и оба имеют экологически чистый характер выбросов. Использование природного газа зачастую целесообразно только в тех местах, где функционирует распределительная сеть природного газа, поскольку самостоятельное его хранения редко бывает возможным. Но это не всегда так в сельской местности.

Генераторы на природном газе хорошо подходят для коммерческих и промышленных сфер применения в местах с надежным снабжением природным газом. В Соединенных Штатах природный газ зачастую является недорогим и широкодоступным. Для сфер крупномасштабного применения, для которых требуется большой объем топлива, возможность отказаться от хранения топлива на территории предприятия является огромным преимуществом. Кроме того, поскольку сжигание природного газа является довольно экологически безопасным, экологические стандарты для генераторов на природном газе зачастую являются менее ограничительными, чем стандарты для генераторов на жидком топливе. В результате этого иногда их можно намного легче подстроить под ситуацию, чем дизельные или бензиновые генераторы.
 


Сравнение резервных генераторов, генераторов основной мощности и генераторов бесперебойного питания

Одним из наиболее важных критериев при выборе генератора является цель его использования. Генераторы имеют разные классификации в зависимости от того, где и для чего они используются. Выбор подходящего для вашей деятельности генератора похож на выбор правильных аккумуляторных батарей для трейлера: один аккумулятор заводит двигатель трейлера, поэтому он должен высвобождать мощный поток электричества, в то время, как резервный аккумулятор, обеспечивающей энергию для освещения и холодильника, должен высвобождать небольшой объем электричества в течение более длительного периода времени.

О генераторах тоже можно рассуждать в подобном ключе — будет ли требоваться очень большой объем электричества на короткий период времени или сравнительно большой объем на более длительный период, или же генератор будет использоваться постоянно? Тремя основными категориями использования генераторов являются: использование в качестве резервного или первичного источника питания, а также использование для постоянной выработки электроэнергии.

Многие современные генераторы имеют модульную конструкцию, что обеспечивает возможность создания идеальной комбинации двигателя и синхронного генератора в соответствии со сферой применения.

Отдельный генератор можно использовать для разных сфер применения и получать разную номинальную мощность по паспорту в зависимости от сферы применения. Другими словами, один и тот же генератор может предоставлять 100 % от своей максимальной номинальной мощности при использовании в одной сфере применения (например, в экстренных ситуациях) но всего 70 % при постоянной эксплуатации.

Назначение и принцип действия синхронного генератора


Если в рассмотренных выше асинхронных машинах ротор имел частоту вращения, отличную от частоты вращения магнитного поля статора, то в синхронных эти частоты равны между собой. Синхронные машины могут работать как генераторами, так и двигателями. В зависимости от типа привода синхронные генераторы получили и свои названия. Турбогенератор

, например, — это генератор, приводимый в движение паровой турбиной, гидрогенератор вращает водяное колесо, а дизель — генератор механически связан с двигателем внутреннего сгорания. Синхронные двигатели широко применяют для привода мощных компрессоров, насосов, вентиляторов. Синхронные микродвигатели используют для привода лентопротяжных механизмов регистрирующих приборов, магнитофонов и т.д.

6.1. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Статор синхронной машины по конструкции не отличается от статора асинхронного двигателя. В пазах статора размещается трехфазная, двухфазная или однофазная обмотки. Заметное отличие имеет ротор, который принципиально представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Это налагает особые требования на геометрическую форму ротора. Любой магнит имеет полюса, число которых может быть два и более. На рис. 6.1.1 приведены две конструкции генераторов, с тихоходным и быстроходным ротором.

Быстроходными бывают, как правило, турбогенераторы. Количество пар магнитных полюсов у них равно единице. Чтобы такой генератор вырабатывал электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц, его необходимо вращать с частотой

На гидроэлектростанциях вращение ротора зависит от движения водяного потока. Но и при медленном вращении такой генератор должен вырабатывать электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц. Поэтому для каждой гидроэлектростанции конструируется свой генератор, на определенное число магнитных полюсов на роторе. В качестве примера приведем параметры синхронного генератора, работающего на Днепровской ГЭС. Водяной поток вращает ротор генератора с частотой n = 33,3 об / мин. Задавшись частотой f = 50 Гц, определим число пар полюсов на роторе:

Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, кото-рое, пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. При подключении к генератору нагрузки генератор будет являться источником переменного тока.



Классификация

Различают два вида генераторов постоянного тока:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • с самовозбуждением.

Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:

  • устройства с параллельным возбуждением;
  • альтернаторы с последовательным возбуждением;
  • устройства смешанного типа (компудные генераторы).

Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.

В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Шкаф-купе в маленькую прихожую 72 фото для небольшой комнаты и угловой в коридор

На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.

Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.

Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.

В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.

6.2. ЭДС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Как было показано выше, величина наводимой в обмотке статора ЭДС количественно связана с числом витков обмотки и скорости изменения магнитного потока:

Переходя к действующим значениям, выражение ЭДС можно записать в виде:

где n — частота вращения ротора генератора, Ф — магнитный поток, c — постоянный коэффициент. При подключении нагрузки напряжение на зажимах генератора в разной степени меняется. Так, увеличение активной нагрузки не оказывает заметного влияния на напряжение. В то же время индуктивная и емкостная нагрузки влияют на выходное на-пряжение генератора. В первом случае рост нагрузки размагничивает генератор и снижает напряжение, во втором происходит его подмагничивание и повышение напряжения. Такое явление называется реакцией якоря. Для обеспечения стабильности выходного напряжения генератора необходимо регулировать магнитный поток. При его ослаблении машину надо подмагнитить

, при увеличении —
размагнитить
. Делается это путем регулирования тока, подаваемого в обмотку возбуждения ротора генератора.

Синхронные генераторы с самовозбуждением (ССГ) получили широкое распространение в автономных установках: на судах, в авиации, на транспорте и др. В этих машинах используется тот же принцип самовозбуждения от потока остаточного намагничивания, что и в генераторах постоянного тока. Однако наличие полупроводниковых выпрямителей в системе возбуждения обусловливает ряд особенностей. В частности, остаточное напряжение обычно меньше порогового напряжения выпрямителей, и поэтому в начальной стадии возбуждения ССГ приходится применять ряд искусственных мер.

В ССГ регулирование производится непрерывно и осуществляется по возмущению; эти генераторы можно разделить на две группы: системы токового и фазового компаундирования. В первой сигналы по каналам тока и напряжения суммируются после выпрямления; эта система имеет относительно небольшую точность регулирования, так как она не реагирует на изменение нагрузки. Обычно в этом случае для повышения точности регулирования требуется корректор напряжения, что усложняет систему и снижает ее надежность.

При фазовом компаундировании регулирование напряжения осуществляется в зависимости от тока, что повышает точность регулирования без использования корректора напряжения. Применение последнего должно еще более повысить точность работы системы. Поэтому в большинстве случаев отдается предпочтение системам фазового компаундирования.

В ССГ обычно применяется смешанное возбуждение с фазовым компаундированием, а иногда схемы с параллельным и последовательным возбуждением, причем используется электрическое или электромагнитное суммирование сигналов, поступающих по каналам тока и напряжений. Это осуществляется в результате суммирования магнитодвижущих сил в трехобмоточном трансформаторе. Заметим, что в таких схемах особое значение имеет дроссель или в общем случае некоторое добавочное сопротивление, которое обычно называется компаундирующим элементом. Дроссель должен быть с относительно малым активным сопротивлением; он может быть заменен конденсатором.

Опыт эксплуатации ССГ показывает, что они обладают высокой надежностью, имеют хорошие динамические характеристики, удобны при эксплуатации.

Из других конструкций генераторов представляют интерес так называемые бесщеточные синхронные генераторы (БСГ). У этих генераторов в качестве возбудителя используется синхронная или асинхронная машина, причем якорные обмотки возбудителей переменного тока расположены на одном валу с ротором генератора, а возбуждение они получают от неподвижных обмоток.

При использовании в качестве возбудителя синхронной машины ее обмотка возбуждения питается постоянным током, получаемым от основного генератора через выпрямитель. Если же возбудителями являются асинхронные электродвигатели, то она получает возбуждение от трехфазной обмотки, которая питается трехфазным током от основного генератора. Такая обмотка создает поток возбуждения в виде магнитного поля, вращающегося в пространстве. У синхронного возбудителя поток возбуждения неподвижен относительно обмотки возбуждения, т. е. он неподвижен и в пространстве.

БСГ с асинхронным возбудителем имеет относительно малые постоянные времени возбудителя и, как следствие, высокое быстродействие. Он обладает высокой надежностью и хорошими динамическими характеристиками системы возбуждения, а по быстродействию не уступает ССГ.

БСГ с синхронным возбудителем имеет большие постоянные времени возбудителя и по динамическим свойствам он хуже БСГ с асинхронным возбудителем. Система возбуждения генератора реагирует на изменения процессов в обмотке статора более медленно, что соответствующим образом сказывается на характере переходных процессов в генераторе. Более широкое распространение БСГ с синхронным возбудителем объясняется лучшими массогабаритными показателями и рядом других преимуществ. Основное достоинство БСГ состоит прежде всего в отсутствии у них щеточных устройств. Недостатками БСГ по сравнению с ССГ являются усложнение обслуживания вращающейся выпрямительной установки, возможное увеличение габаритов генератора по длине и некоторые другие.

6.3. СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

6.3.1. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Конструкция синхронного двигателя такая же, как и у синхронного генератора. При подаче тока в трехфазную обмотку статора в нем возникает вращающееся магнитное поле. Частота вращения его определяется формулой:

где f — частота тока питающей сети, р — число пар полюсов на статоре. Ротор, являющийся часто электромагнитом, будет строго следовать за вращаю-щимся магнитным полем, т.е. его частота вращения n2 = n1. Рассмотрим принцип действия синхронного двигателя на следующей условной модели (рис. 6.3.1.). Пусть магнитное поле статора будет смоделировано системой вращающихся магнитных полюсов N — S.

Ротор двигателя тоже представляет собой систему электромагнитов S — N, кото-рые «сцеплены» с полюсами на статоре. Если нагрузка на двигателе отсутствует, то оси полюсов статора будут совпадать с осями полюсов ротора ( = 0). Если же к ротору подключена механическая нагрузка, то оси полюсов статора и ротора могут расходиться на некоторый угол . Однако «магнитное сцепление» ротора со статором будет продолжаться, и частота вращения ротора будет равна синхронной частоте статора (n2 = n1). При больших значениях ротор может выйти из «сцепления» и двигатель остановится. Главное преимущество синхронного двигателя перед асинхронным — это обеспечение синхронной скорости вращения ротора при значительных колебаниях нагрузки.

6.3.2. СИСТЕМА ПУСКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Как мы показали выше, синхронное вращение ротора обеспечивается «магнитным сцеплением» полюсов ротора с вращающимся магнитным полем статора. В первый момент пуска двигателя вращающееся магнитное поле статора возникает практически мгновенно. Ротор же, обладая значительной инерционной массой, прийти в синхронное вращение сразу не сможет. Его надо «разогнать» до подсинхронной скорости каким-то дополнительным устройством. Долгое время роль разгонного двигателя играл обычный асинхронный двигатель, механически соединенный с синхронным. Ротор синхронного двигателя приводится во вращение до подсинхронной скорости. Далее двигатель сам втягивается в синхронизм. Обычно мощность пускового двигателя составляет 5-15 % от мощности синхронного двигателя. Это позволяет пускать в ход синхронный двигатель только вхолостую или при малой нагрузке на валу. Применение пускового двигателя мощностью, достаточной для пуска синхронного двигателя под нагрузкой делает такую установку громоздкой и дорогой. В последнее время используется так называемая система асинхронного пуска

синхронных двигателей. С этой целью в полюсные наконечники забивают стержни, напоминающие собою короткозамкнутую обмотку асинхронного двигателя (рис. 6.3.2.1).

В начальный период пуска синхронный двигатель работает как асинхронный, а в последующем — как синхронный. В целях безопасности обмотку возбуждения в начальном периоде пуска закорачивают, а на заключительном подключают к источнику по-стоянного тока.

Технические характеристики генератора постоянного тока

Для оценки функции синхронных генераторов применяются те же самые характеристики, какие применяются в генераторах постоянного тока. Только некоторые условия различаются и дополняются.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Фильтры для очистки воды 75 фото видов и основных характеристик

Главные характеристики синхронного генератора такие:

  • Холостой ход – это зависимость ЭДС прибора от токов возбуждения, одновременно является показателем намагничивания магнитных цепей машины.
  • Внешняя характеристика – это зависимость напряжения устройства от токов нагрузки. Напряжение агрегата меняется по-разному в зависимости от увеличения нагрузки при различных ее видах. Причины, что вызывают такие изменения, следующие:
  1. Падение значения напряжения на индуктивном и активном сопротивлении обмоток устройства. Увеличивается по мере того, как увеличивается нагрузка прибора, то есть его ток.
  2. Изменение ЭДС агрегата. Происходит в зависимости от реакции статора. При активных нагрузках уменьшение напряжения будет вызвано падением напряжения во всех обмотках, потому что реакция статора влечет за собой увеличение ЭДС генератора. При активно-емкостных видах нагрузки эффект намагничивания вызывает увеличение текущего значения напряжения по сравнению с номинальным показателем.
  • Регулировочные характеристики синхронного генератора – это зависимость токов возбуждения от токов нагрузки. В процессе работы синхронных агрегатов нужно поддерживать постоянное напряжение на их зажимах независимо от характера и величины нагрузок. Этого несложно достигнуть, если регулировать ЭДС генератора. Это можно сделать путем изменения токов воз­буждения автоматически в зависимости от изменений нагрузок, то есть при активно-емкостной нагрузке нужно уменьшать ток возбуждения для поддержания постоянного напряжения, а при активно-индуктивной и активной — увеличивать.

Мощность синхронного генератора определяется такими значениями:

  • Соответствующим напряжением в электросети.
  • Своей ЭДС.
  • Углом измерения.

Работу генератора характеризуют зависимости между основными величинами, которые называются его характеристиками. К основным характеристикам можно отнести:

  • зависимости между величинами при работе на холостом ходе;
  • характеристики внешних параметров;
  • регулировочные величины.

Некоторые регулировочные характеристики и зависимости холостого хода мы раскрыли частично в разделе «Классификация». Остановимся кратко на внешних характеристиках, которые соответствуют работе генератора в номинальном режиме. Внешняя характеристика очень важна, так как она показывает зависимость напряжения от нагрузки, и снимается при стабильной скорости оборотов якоря.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением выглядит следующим образом: это кривая, зависимости напряжения от нагрузки (см. рис. 5). Как видно на графике падение напряжения наблюдается, но оно не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости оборотов двигателя, вращающего якорь).

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Рейтинг: ТОП-9 лучших колясок в самолет


Рис. 5. Внешняя характеристика ГПТ

В генераторах с параллельным возбуждением зависимость напряжения от нагрузки сильнее выражена (см. рис. 6). Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше нагрузочный ток, тем стремительнее будет падать напряжение на зажимах генератора. В частности, при постепенном падении сопротивления до уровня КЗ, напряжение падёт до нуля. Но резкое замыкание в цепи вызывает обратную реакцию генератора и может быть губительным для электрической машины этого типа.


Рис. 6. Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Увеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении ведёт к росту ЭДС. (см. верхнюю кривую на рис. 7). Однако напряжение (нижняя кривая) отстаёт от ЭДС, поскольку часть энергии расходуется на электрические потери от присутствующих вихревых токов.


Рис. 7. Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Обратите внимание на то, что при достижении своего максимума напряжение, с увеличением нагрузки, начинает резко падать, хотя кривая ЭДС продолжает стремиться вверх. Такое поведение является недостатком, что ограничивает применение альтернатора этого типа.

В генераторах со смешанным возбуждением предусмотрены встречные включения обеих катушек – последовательной и параллельной. Результирующая намагничивающая сила при согласном включении равна векторной сумме намагничивающих сил этих обмоток, а при встречном – разнице этих сил.

В процессе плавного увеличении нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня, напряжение на зажимах будет практически постоянным (кривая 2 на рис. 8). Увеличение напряжения наблюдается в том случае, если количество проводников последовательной обмотки будет превышать количество витков соответствующее номинальному возбуждению якоря (кривая 1).

Изменение напряжения для случая с меньшим числом витков в последовательной обмотке, изображает кривая 3. Встречное включение обмоток иллюстрирует кривая 4.


Рис. 8. Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением используют тогда, когда необходимо ограничить токи КЗ, например, при подключении сварочных аппаратов.

В нормально возбуждённых устройствах смешанного типа ток возбуждения постоянный и от нагрузки почти не зависит.

Реакция якоря

Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, то токи в его обмотке образуют собственное магнитное поле. Возникает магнитное сопротивление полей статора и ротора. Результирующее поле сильнее в тех точках, где якорь набегает на полюсы магнита, и слабее там, где он с них сбегает. Другими словами якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения в магнитопроводах. Результатом такой реакции является искрение щёток на коллекторных пластинах.

Снизить реакцию якоря можно путём применения компенсирующих дополнительных магнитных полюсов или сдвигом щёток с осевой линии геометрической нейтрали.

Среднее значение электродвижущей силы пропорционально магнитному потоку, количеству активных проводников в обмотках и частоте вращения якоря. Увеличивая или уменьшая указанные параметры можно управлять величиной ЭДС, а значит и напряжением. Проще всего, желаемого результата можно достичь путём регулировки частоты вращения якоря.

Мощность

Различают полную и полезную мощность генератора. При постоянной ЭДС полная мощность пропорциональна току: P = EIa. Отдаваемая в цепь полезная мощность P1 = UI.

Важной характеристикой альтернатора является его КПД – отношение полезной мощности к полной. Обозначим данную величину символом ηe. Тогда: ηe=P1/P.

На холостом ходе ηe = 0. максимальное значение КПД – при номинальных нагрузках. Коэффициент полезного действия в мощных генераторах приближается к 90%.

6.4. РЕАКТИВНЫЙ СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

В лабораторной практике, в быту и в маломощных механизмах применяют так называемые реактивные синхронные двигатели

. От обычных классических машин они отличаются лишь конструкцией ротора. Ротор здесь не является магнитом или электромагнитом, хотя по форме напоминает собой полюсную систему. Принцип действия реактивного синхронного двигателя отличен от рассмотренного выше. Здесь работа двигателя основана, на свободной ориентации ротора таким образом, чтобы обеспечить магнитному потоку статора лучшую магнитную проводимость (рис. 6.4.1).

Действительно, если в какой-то момент времени максимальный магнитный поток будет в фазе А — X, то ротор займет положение вдоль потока ФА. Через 1/3 периода максимальным будет поток в фазе В — У. Тогда ротор развернется вдоль потока ФВ. Еще через 1/3 периода произойдет ориентация ротора вдоль потока. ФС. Так непрерывно и синхронно ротор будет вращаться с вращающимся магнитным полем статора. В школьной практике иногда, при отсутствии специальных синхронных двигателей, возникает необходимость в синхронной передаче. Эту проблему можно решить с помощью обычного асинхронного двигателя, если придать ротору следующую геометрическую форму (рис. 6.4.2).

6.5. ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Этот тип двигателя является машиной постоянного тока, хотя принцип действия его напоминает синхронный реактивный двигатель. Как видно из рис. 6.5.1, статор двигателя имеет шесть пар выступающих полюсов.

Каждые две катушки, расположенные на противоположных полюсах статора, образуют обмотку управления, включаемую, в сеть постоянного тока. Ротор — двухполюсный. Если подключить к источнику постоянного тока катушки полюсов 1 — 1′, то ротор расположится вдоль этих полюсов. Если задействовать катушки полюсов 2 — 2′, а ка-тушки полюсов 1 — 1′ обесточить, то ротор повернется и займет положение вдоль полю-сов 2 — 2′. Такой же поворот ротора произойдет, если включить в сеть катушки полюсов 3 — 3′. Так, шагами, ротор будет «следовать» за своей обмоткой управления. Преимуществом шаговых двигателей является то, что в них совершенно отсутствует «самоход». Они поворачиваются и строго фиксируются с шагом, пропорциональ-ным числу полюсов на статоре. Это качество делает его незаменимым в особо точных механизмах (для привода часов, механизмов подачи ядерного топлива в реакторах, в станках с ЧПУ и т.д.). Управление шаговыми двигателями ведется с применением различных электронных устройств (триггеров Шмидта и др.).

6.6. КОЛЛЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Безколлекторные асинхронные и синхронные двигатели при многих положительных качествах имеют существенные недостатки. Они не допускают достаточно плавного и экономичного регулирования вращения. Этот пробел частично восполняют коллекторные двигатели переменного тока. Коллекторные двигатели бывают однофазными и трехфазными. Ротор однофазного коллекторного двигателя выполнен в виде цилиндра с фазными обмотками, статор — явнополюсный. Так как обмотка полюсов статора, подключаемая к сети переменного тока, создает пульсирующее магнитное поле, то все элементы магнитной цепи машины набираются из отдельных листов электротехнической стали. Вращающий момент в однофазном коллекторном двигателе создается взаимодействием токов в обмотке ротора с магнитным потоком полюсов. На рис. 6.6.1- показана схема подключения к сети коллекторного двигателя.

Коллекторные двигатели могут работать как от сети переменного тока, так и от сети постоянного тока. Это обстоятельство послужило для присвоения им наименования универсальных коллекторных двигателей. Коллекторные двигатели широко при-меняются для привода швейных машин, пылесоса и т.д.

Untitled Document

Принцип действия синхронного генератора

В синхронных машинах частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля статора и, следовательно, определяется частотой тока сети и числом пар полюсов, т. е. n = 60f/p и f = pn/60.

Как и всякая электрическая машина, синхронная машина обратима, т. е. может работать как генератором, так и двигателем.
Электрическая энергия вырабатывается синхронными reнераторами, первичными двигателями которых являются либо гидравлические, либо паровые турбины, либо двигатели внутреннего cгорания.

Схема генератора переменного тока:
1
и 2 - проводники, 3 - кольца


Обычно обмотки возбуждения получают энергию от возбудителя, который представляет собой генератор постоянного тока.
Возбудитель находится на одном валу с рабочей машиной, и мощность его составляет малую величину, порядка 1 - 5% мощности синхронной машины, возбуждаемой им.

При небольшой мощности часто используются схемы питания обмоток возбуждения синхронных машин от сети переменного тока через полупроводниковые выпрямители.
Простейшим генератором может быть виток из провода 1 и 2, вращающийся в магнитном поле (изо). Магнитное поле возбуждается током обмотки возбуждения, помещенной на полюсах статора N - S.

При вращении витка проводники 1 и 2 пересекают магнитное поле, созданное между полюсами N - S, вследствие чего в витке будет индуктироваться эдс.
Концы витка соединены с кольцами 3, вращающимися вместе с витком. Если на кольцах поместить неподвижные щетки и соединить их с приемником электрической энергии, то по замкнутой цепи, состоящей из витка, колец, щеток и приемника энергии, пойдет электрический ток под действием эдс.

Полученная в таком простейшем генераторе эдс будет непрерывно изменяться в зависимости от положения витка в магнитном поле. Когда проводники 1 и 2 находятся под осями полюсов (см. изо), то при вращении витка они пересекают в единицу времени наибольшее число линий магнитного поля. Следовательно, в данный момент индуктируемая в витке эдс будет иметь наибольшее значение.

В дальнейшем при повороте витка изменится число линий магнитного поля, пересекаемых в единицу времени проводниками 1 и 2. При повороте витка на 90° в пространстве проводники будут перемещаться в вертикальном направлении, совпадающем с направлением магнитных линий поля. Следовательно, проводники 1 и 2 не пересекают магнитных линий и эдс в витке равна нулю.

При повороте витка на угол, больший 90°, изменится направление перемещения этих проводников в магнитное поле, а следовательно, и направление эдс, индуктируемой в витке.
Если магнитное поле между полюсами N и S распределяется равномерно, то эдс будет меняться во времени синусоидально. За один оборот витка в пространстве эдс, индуктируемая в нем, претерпевает один период изменения.

Если виток вращается при помощи какого-либо первичного двигателя с постоянной частотой вращения n в минуту, то в этом витке индуктируется переменная эдс с частотой f = n/60.

Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения

Дмитрий Левкин

Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор - неподвижная часть, ротор - вращающаяся часть. Статор обычно имеет стандартную трехфазную обмотку, а ротор выполнен с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения соединена с контактными кольцами к которым через щетки подходит питание.

Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения (щетки не показаны)

Постоянная скорость вращения синхронного электродвигателя достигается за счет взаимодействия между постоянным и вращающимся магнитным полем. Ротор синхронного электродвигателя создает постоянное магнитное поле, а статор – вращающееся магнитное поле.

Работа синхронного электродвигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора

Статор: вращающееся магнитное поле

На обмотки катушек статора подается трехфазное переменное напряжение. В результате создается вращающееся магнитное поле, которое вращается со скоростью пропорциональной частоте питающего напряжения. Подробнее о том, как посредством трехфазного напряжения питания образуется вращающееся магнитное поле можно прочитать в статье "Трехфазный асинхронный электродвигатель".

Взаимодействие между вращающимся (у статора) и постоянным (у ротора) магнитными полями

Ротор: постоянное магнитное поле

Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока через контактные кольца. Магнитное поле создаваемое вокруг ротора возбуждаемое постоянным током показано ниже. Очевидно, что ротор ведет себя как постоянный магнит, так как имеет такое же магнитное поле (в качестве альтернативы можно представить, что ротор сделан из постоянных магнитов). Рассмотрим взаимодействие ротора и вращающегося магнитного поля. Предположим вы придали ротору начальное вращение в том же направлении как у вращающегося магнитного поля. Противоположные полюса вращающегося магнитного поля и ротора будут притягиваться друг к другу и они будут сцепляться с помощью магнитных сил. Это значит, что ротор будет вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле, то есть ротор будет вращаться с синхронной скоростью.

Магнитные поля ротора и статора сцепленные друг с другом

Скорость с которой вращается магнитное поле может быть вычислена по следующему уравнению:

,

  • где Ns – частота вращения магнитного поля, об/мин,
  • f – частота тока статора, Гц,
  • p – количество пар полюсов.

Это значит, что скорость синхронного электродвигателя может очень точно контролироваться изменением частоты питающего тока. Таким образом эти электродвигатели подходят для высокоточных приложений.

Почему синхронные электродвигатели не запускаются от электрической сети?

Если ротор не имеет начального вращения, ситуация отличается от описанной выше. Северный полюс магнитного поля ротора будет притягиваться к южному полюсу вращающегося магнитного поля, и начнет двигаться в том же направлении. Но так как ротор имеет определенный момент инерции, его стартовая скорость будет очень низкой. За это время южный полюс вращающегося магнитного поля будет замещен северным полюсом. Таким образом появятся отталкивающие силы. В результате чего ротор начнет вращаться в обратную сторону. Таким образом ротор не сможет запуститься.

Демпферная обмотка - прямой запуск синхронного двигателя от электрической сети

Чтобы реализовать самозапуск синхронного электродвигателя без системы управления между наконечниками ротора размещается "беличья клетка", которая также называется демпферной обмоткой. При запуске электродвигателя катушки ротора не возбуждаются. Под действием вращающегося магнитного поля, индуцируется ток в витках "беличьей клетки" и ротор начинает вращаться подобно тому, как запускаются асинхронные двигатели.

Когда ротор достигает своей максимальной скорости, подается питание на обмотку возбуждения ротора. В результате, как говорилось ранее, полюса ротора сцепляются с полюсами вращающегося магнитного поля и ротор начинает вращаться с синхронной скоростью. При вращении ротора с синхронной скоростью, относительное движение между белечьей клеткой и вращающимся магнитным полем равно нулю. Это значит, что отсутствует ток в короткозамкнутых витках, а следовательно "беличья клетка" не оказывает воздействия на синхронную работу электродвигателя.

Синхронные электродвигатели имеют постоянную скорость независящую от нагрузки (при условии что нагрузка не превышает макимально допустимую). Если момент нагрузки больше, чем момент создаваемый самим электродвигателем, то он выйдет из синхронизма и остановиться. Низкое напряжение питания и низкое напряжение возбуждения также могут быть причинами выхода двигателя из синхронизма.

Синхронные электродвигатели могут также использоваться для улучшения коэффициента мощности системы. Когда единственной целью использования синхронных электродвигателей является улучшение коэффициента мощности их называют синхронными компенсаторами. В таком случае вал электродвигателя не соединяется с механической нагрузкой и вращается свободно.

Электрогенераторы асинхронные | АЕМ Дессау ГмбХ

Асинхронные генераторы используются для подачи электроэнергии в сеть («регенеративное торможение») и для выработки электроэнергии. Скорость вращения и коэффициент мощности не зависят друг от друга.

Для выработки энергии асинхронному генератору требуется сеть питания (асинхронный генератор с питанием от сети) или батарея конденсаторов, подключенная параллельно в независимом режиме (асинхронный генератор с конденсаторным возбуждением или асинхронный генератор с автономным возбуждением).

  • Размер: до 800
  • Степени защиты: до IP 56
  • Типы охлаждения: до IC 86W7
  • Скорость: до 3600 об/мин
  • Термические классы: F и H

Дополнительные компоненты:

Машины могут быть оснащены следующими принадлежностями для адаптации машин к различным применениям, а также для целей управления и документирования: больше

Преимущества:

  • высокая надежность и длительный срок службы
  • очень экономичный в эксплуатации
  • оптимизация с точки зрения частичного обслуживания и измерений, адаптированная к индивидуальным потребностям заказчика
  • низкая стоимость и низкие эксплуатационные расходы по сравнению с классическими синхронными генераторами
  • адаптация к различным приложениям и рекомендациям заказчика, включаяв. в качестве гидрогенераторов, для диагностических станций и для выработки электроэнергии на борту судов
  • простое подключение к существующей электрической сети
  • отсутствие проблем с синхронизацией
  • эластичная муфта с окружной пружиной
  • гибкая по скорости
2 6 8 750 500 в 150 из
Количество полюсов 4 10 12 14 ... 40
Число оборотов 1) 3000 1500 1000 600 429 ...
Мощность 2 )

160 160 132 90 75 40 35 ... 10
в 1560 5000 5000 4000 2800 1950 1560 ... 35

1) [мин -1 ], 2) [кВт], AEM низкое напряжение до 1000 В

2 6 8 750 500 из
Количество полюсов 4 10 12 14 ... 30
Число оборотов 1) 3000 1500 1000 600 429 ... 200
Мощность 2 )

132 132 110 90 75 50 40 ... 10
в 1000 4000 4000 2800 2000 1560 1120 ... 40

1) [мин -1 ], 2) [кВт], среднее напряжение АЭМ от 1000 до 6600 В

2 6 8 750 500 из
Количество полюсов 4 10 12 14 ... 20
Число оборотов 1) 3000 1500 1000 600 429 ... 300
Мощность 2 )

132 132 110 90 75 50 40 ... 110
до 1000 4000 4000 2800 2000 1560 1120 ... 160

1) [мин -1 ], 2) [кВт], AEM высокого напряжения свыше 6600 В

.

КОМЕЛЬ

Двигатели с постоянными магнитами Двигатели с постоянными магнитами

Производство машин с постоянными магнитами было начато компанией KOMEL в 2004 году, и с тех пор было произведено несколько тысяч единиц. Трехфазные синхронные генераторы с постоянными магнитами предназначены для использования в основном в малых ветровых или гидроэлектростанциях, а также в других электромеханических установках.
Ниже представлена ​​важная информация о наших генераторах.
Наши электрогенераторы являются трехфазными машинами и построены с использованием стандартных корпусов, произведенных в Польше. Их степень защиты от погодных условий IP54, что означает, что:
- корпус обеспечивает частичную защиту от проникновения воды,
- корпус обеспечивает защиту от брызг воды.

Возможно изготовление различных форм (монтажных) корпуса, например, "воротник", "апач" или "апекс" и два рабочих варианта (горизонтальный или вертикальный). Стандартный вариант - "на апер", при работе горизонтально.Следует помнить, что каждое исполнение корпуса генератора, отличное от стандартного, требует дополнительных затрат.

Прднице характеризуется очень высоким КПД (до 97%), намного выше, чем у асинхронных генераторов или генераторов постоянного тока. Такой высокий КПД обуславливает малые потери при преобразовании энергии ветра в электрическую. Используя наши электрогенераторы, можно получить больше электроэнергии, чем в случае с другими типами генераторов. Как современный и эффективный источник энергии, Прднице был награжден Медалью Президента SEP на Международной ярмарке ENEX - Nowa Energia в Кельце.

Генераторы с постоянными магнитами генерируют напряжение, линейно зависящее от скорости вращения. При номинальной скорости и номинальной нагрузке на клеммах генератора получается номинальное напряжение, но при дальнейшем увеличении скорости напряжение на клеммах продолжает расти, когда сам генератор не оборудован каким-либо ограничителем скорости или напряжения. Это следует учитывать при проектировании, например, небольшой ветряной электростанции.

В стандартном исполнении прднице рассчитаны на номинальное напряжение 3x400 В.Возможна также намотка генератора таким образом, чтобы он получал необходимое напряжение при определенной частоте вращения (по желанию заказчика). Однако следует иметь в виду, что напряжение и частота на выходных зажимах генератора линейно возрастают с увеличением частоты вращения ротора машины.
При номинальной скорости генерируемое трехфазное напряжение имеет частоту 50 Гц (если не указано иное).

Генератор не оборудован регулятором скорости, регулятором частоты или напряжения и системой управления системой возбуждения (используются постоянные магниты).

Напряжение можно регулировать только изменением скорости вращения ротора генератора (при постоянной нагрузке) или применением подходящего преобразователя на выходе генератора. При изменении скорости вращения изменяется и частота генерируемого напряжения. Потребители резистивного нагрева могут питаться непосредственно от генератора. Питание нагрузок, требующих соответствующего качества питающего напряжения (постоянство действующего значения и частоты), требует использования дополнительного электронного преобразователя (преобразователя).
Генератор может работать в обоих направлениях вращения ротора.

При скорости ниже номинальной генератор по-прежнему подает питание, но с более низким напряжением и частотой. Мощность, получаемая от генератора при более низкой частоте вращения, также ниже номинальной мощности.

Электрогенераторы необслуживаемые и срок их службы ограничен только механическими причинами - подшипниками (конечно, после замены подшипников они еще могут работать). Однако замена подшипников должна производиться специально обученным персоналом (гарантийное и послегарантийное обслуживание КОМЭЛ), в связи с тем, что генераторы имеют специфические роторы, которые легко повредить при разборке.Мы предоставляем гарантию
на 2 года с момента покупки. К каждому генератору прилагается соответствующее руководство, а также условия гарантии. Электроинструменты отмечены знаком безопасности CE, который требуется Европейским Союзом.

Цена генератора рассчитывается каждый раз по конкретному запросу.
Для этого укажите номинальную мощность генератора, номинальную скорость, номинальное напряжение и частоту, форму исполнения (на цоколе, на вершине или на цоколе) и способ основания (вертикальный или горизонтальный).

документация по эксплуатации и обслуживанию
габариты генератора

Генератор дисковый без сердечника - характерной особенностью генератора является его модульная конструкция, т.е. генератор мощностью

4 кВт выполнен из двух модулей 2 х 2 кВт.Статор выполнен без сердечника (без ферромагнитного материала), благодаря чему достигается полное отсутствие зубцового момента и синусоидальное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре. Благодаря большому диаметру дисков этот генератор успешно используется в тихоходных бытовых ветроустановках с вертикальной осью вращения.

Номинальные данные 1-го генераторного модуля

Номинальная полная мощность S = 1700 ВА
Номинальная скорость вращения n = 90 об/мин
Номинальный КПД eta = 71%
Номинальный ток I = 4.5 А
Номинальное междуфазное напряжение U=220 В
Напряжение холостого хода Ubj=250 В
Масса генератора 4 кВт (2 режима) m=155 кг
Момент инерции J=4,1 кг*м2

Прототип современного В Комеле разработан тихоходный генератор синхронный с постоянными магнитами, предназначенный для использования в малых и микроГЭС. Этот генератор подключается к электросети через специальный преобразователь частоты.Использование современного решения генераторной установки (синхронный генератор + преобразователь частоты) приводит к значительному повышению эффективности выработки электроэнергии на этих электростанциях.
Новое решение генераторной установки особенно рекомендуется для тех мини и микро ГЭС, в которых так называемые подписать турбины. В польских гидрологических условиях, обычно характеризующихся небольшим падением воды и относительно небольшими требуемыми инвестиционными затратами, использование турбин мгновенного действия является наиболее выгодным.Эти турбины конструктивно аналогичны турбинам Каплана, а основное отличие состоит в отсутствии возможности регулировки угла наклона зарядов в турбинах мгновенного действия. Важным недостатком турбин мгновенного действия является то, что при определенных, обычно навязываемых значениях перепада и расхода воды они достигают высокой эффективности преобразования энергии в очень узком диапазоне частот вращения. Даже незначительное отклонение скорости вращения турбины от ее оптимального значения для данных водных условий вызывает значительное снижение КПД турбины.

Для поддержания высокой эффективности преобразования энергии, независимо от текущего состояния воды, необходимо регулировать скорость вращения турбины мгновенного действия.Регулирование частоты вращения турбины невозможно в случае классического силового агрегата на основе асинхронного генератора, работающего непосредственно от сети, в котором генератор должен работать с постоянной частотой вращения, несколько превышающей его так называемую синхронная скорость. С другой стороны, возможность регулирования частоты вращения гидротурбины в зависимости от изменения гидрологических условий является одним из основных преимуществ энергоустановок на основе синхронного генератора с постоянными магнитами, подключенного к сети через преобразователь частоты.

Основные данные прототипа синхронного генератора с постоянными магнитами:
- Номинальная мощность P N = 75 кВт;
- Номинальный коэффициент мощности cos j = 1;
- Номинальная скорость вращения f N = 333 об/мин;
- Номинальная эффективность ч Н = 96%.

.

Что такое генератор переменного тока: конструкция и принцип работы

Генератор переменного тока — это устройство, которое преобразует механическую энергию в переменное электричество для надлежащего использования. В зависимости от типа потребляемой мощности различают два типа генераторов - генератор переменного тока и генератор постоянного тока. Токосъемные кольца используются в генераторах переменного тока для производства переменного тока, а постоянный ток используется в генераторах постоянного тока.Генераторы переменного тока используются на электростанциях, электрических скутерах, парусных лодках, велосипедах и т. д. Генераторы переменного тока обычно потребляют механическую энергию, вырабатываемую паровыми и газовыми турбинами и двигателями внутреннего сгорания. Генераторы переменного тока полезны в ветряных турбинах, малых гидроэлектростанциях или для уменьшения газовых потоков с более высоким давлением до более низкого давления.



Что такое генератор переменного тока?

Определение: Генератор переменного тока представляет собой машину, которая преобразует механическую энергию в электричество в виде альтернативной ЭДС.Простой генератор переменного тока работает по закону электромагнитной индукции Фарадея. Он имеет проволочную катушку, которая вращается в магнитном поле.


Принцип работы

Принцип работы генератора переменного тока то есть, их обычно называют генераторами переменного тока, которые работают по принципу Фарадея Закон электромагнитной индукции. Движение проводника в однородном магнитном поле изменяет магнитный поток, связанный с катушкой, создавая таким образом ЭДС.



Простой генератор переменного тока

Файл деталей генератора переменного тока состоит из катушки, контактных колец, щеток и сильного магнитного поля в качестве основных компонентов.



Работа генератора переменного тока

Катушка вращается в магнитном поле, создавая сильное магнитное поле. Когда катушка с одной стороны движется вверх через магнитное поле, ЭДС индуцируется в одном направлении.Поскольку вращение катушки продолжается и эта сторона катушки движется вниз, а другая сторона катушки движется вверх, ЭДС индуцируется в обратном направлении. Правило правой руки Флеминга используется для определения направления индуцированного электромагнитного поля. Этот процесс повторяется для каждого цикла, и создаваемая ЭДС является переменной.

Различные положения катушки

Выходная мощность генератора переменного тока показана на графике выше.


  • А - Когда катушка 0 градусов, катушка движется параллельно направлению магнитного поля и поэтому не индуцирует ЭДС.
  • B - Когда катушка расположена под углом 90 градусов, катушка перемещается на 90 градусов к магнитному полю и, таким образом, индуцирует максимальную ЭДС.
  • C - Когда катушка поворачивается на 180 градусов, катушка снова движется параллельно магнитному полю и поэтому не индуцирует ЭДС.
  • D - Когда катушка находится под углом 270 градусов, катушка снова перемещается на 90 градусов к магнитному полю и, таким образом, индуцирует максимальную ЭДС. Здесь ЭДС индукции противоположна ЭДС B.
  • A - Когда катушка установлена ​​на 360 градусов, катушка завершила один оборот и движется параллельно магнитному полю и индуцирует нулевую ЭДС.

Рассмотрим катушку прямоугольной формы с N витками, вращающуюся в однородном магнитном поле B с угловой скоростью ω. Угол между магнитным полем «В» и нормалью к катушке в любой момент времени «t» определяется по формуле: θ = ωt.

В этом положении магнитный поток перпендикулярен плоскости катушки и определяется как B Cos ωt.

Магнитный поток, связанный с катушкой с N витками, равен ɸ = B Cos ωt A, где A — площадь катушки.

ЭДС индукции в катушке определяется по закону индукции Фарадея, которая равна sin ωt —— (i)

Когда катушка поворачивается на 90°, значение синуса равно 1 и ЭДС индукции будет максимальной, вышеприведенное уравнение (i) сводится к,

ε0 = N Bm A ω = N Bm A 2πf ——- (ii)

Где Bm относится к максимальной плотности потока в Втб/м2

«A» относится к площади катушки в м2

«F» = частота вращения катушки в об./ с.

Заменитель (ii) в (i),

ε = ε0 sin ωt

Индуцированный переменный ток определяется как I = ε / R = ε0 sin ωt / R

Конструкция переменного генератор

Простой генератор переменного тока состоит из двух основных частей - ротора и статора. Ротор — это вращающийся элемент, а неподвижная часть машины — статор.

Статор

Статор представляет собой неподвижный элемент, эффективно удерживающий обмотку якоря.Назначение обмотки якоря - отводить ток в нагрузку, а нагрузкой может быть любое внешнее оборудование, потребляющее электроэнергию. Он состоит из трех основных частей:

  • Рама статора - Это внешняя рама, которая используется для удержания сердечника статора, а также обмоток якоря.
  • Сердечник статора - Ламинированный сталью или железом для снижения потерь на вихревые токи. Во внутренней части сердечника выполнены пазы для крепления обмоток якоря.
  • Обмотки якоря - Обмотки якоря наматываются на пазы сердечника якоря.
Ротор

Ротор — это вращающаяся часть генератора переменного тока. Он состоит из обмоток магнитного поля. Источник питания постоянного тока используется для намагничивания магнитных полюсов. Каждый конец обмотки магнитного поля прикреплен к контактным кольцам. Эта комбинация соединена с общим валом, на котором вращается ротор. Два типа роторов - это ротор с явно выраженными полюсами и ротор с цилиндрическими полюсами.

Ротор с прозрачными полюсами

Тип ротора с видимыми полюсами показан на рисунке ниже. В этом типе ротора вы можете наблюдать ряд выброшенных полюсов, известных как выступающие полюса, основания которых прикреплены к ротору. Они используются в приложениях с низкой и средней скоростью.

Ротор с отдельными полюсами

Ротор с цилиндрическими полюсами

Цилиндрические роторы состоят из неподвижного и прочного цилиндра с прорезями, расположенными на внешней поверхности цилиндра.Он используется в высокоскоростных приложениях. Схема ротора с цилиндрическими полюсами показана ниже.

Цилиндрический ротор

Типы генераторов переменного тока

Генераторы переменного тока бывают двух типов. Это

Асинхронные генераторы

Асинхронные генераторы также известны как асинхронные генераторы. В этом типе генератора проскальзывание помогает ротору вращаться. Ротор всегда пытается соответствовать синхронной скорости статора, но терпит неудачу.Если ротор соответствует синхронной скорости статора, относительная скорость становится равной нулю, и, следовательно, ротор не испытывает никакого крутящего момента. Они подходят для привода ветряных турбин.

Синхронные генераторы

Синхронный генератор представляет собой тип генератора переменного тока, который вращается с синхронной скоростью. Он работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея - ЭДС индуцируется при вращении катушки в однородном магнитном поле. В основном они используются на высоковольтных электростанциях.

Приложения

Файл Применение генератора переменного тока в основном включает в себя производство электроэнергии на ветряных мельницах, гидроэлектростанциях и многих других.

Часто задаваемые вопросы

1). В чем разница между генератором переменного тока и генератором постоянного тока?

В генераторе переменного тока электрический ток периодически меняет направление, превращаясь в переменный ток. В генераторе постоянного тока электрический ток течет в одном направлении.

2). Автомобильные генераторы имеют переменный или постоянный ток?

В первую очередь переменный ток генерируется во вращающемся якоре и использует коммутатор и щетки для преобразования в постоянный ток.

3). По какому принципу работает генератор переменного тока?

Работает по принципу электромагнитной индукции Фарадея.

4). Назовите типы генераторов переменного тока.

Синхронные и асинхронные генераторы переменного тока

5).Аккумуляторы переменного или постоянного тока?

Батареи работают от постоянного тока, поскольку они проводят электричество только в одном направлении.

В этой статье мы обсудили генератор переменного тока и принцип его работы. Читатель может получить представление о генераторах переменного тока, их типах, конструкции и применении. Вот вопрос к вам, какова функция генератора переменного тока?

.

Принцип действия синхронного генератора - pomoceszkola.pl

Тахометрические генераторы представляют собой специальные электрические машины, используемые для измерения скорости вращения или преобразования вращательного движения в электрическую величину, которая возбуждает большой генератор.На самом деле никаких диодов там нет.Генератор необычной конструкции-это альтернатор,т.е.генератор переменного тока с выпрямительной системой.Генератор-Общие сведения,устройство,виды и принцип работы.Часть генератора-это статор( неподвижная часть, связанная с корпусом) и роторные (ротор, вращающаяся часть внутри статора) однофазные и многофазные генераторы.. Но направление вращения важно, если он у вас без оригинального мотор-кита.1 Если мы зададим вращение раме (т. -фазное напряжение создает магнитное поле, вращающееся со скоростью вращения магнитного потока (нс)..

Конструкция и принцип действия.

Базовый генератор представляет собой проводящую рамку, вращающуюся в магнитном поле (М.Фарадея).Еще Принцип работы вилочного погрузчика Р70-16Т.. На установках средней и большой мощности в качестве генераторов используются синхронные генераторы, на установках малой мощности, кроме синхронных генераторов, применяются также асинхронные машины, работающие в качестве генераторов. в которых повышена скорость вращения Чем отличается конструкция и принцип действия короткозамкнутых и кольцевых двигателей Конструктивные решения синхронных генераторов зависят от их частоты вращения, мощности и соответствующей системы охлаждения.3 мая 2005 г.. Аналогично и в случае с трехфазными электрогенераторами, только тогда мы имеем три отдельные обмотки, генерирующие ток, вращающийся в магнитном поле.. Ротор, установленный на валу, приводит в движение электрогенератор.. Устройство и принцип работы синхронных машин Название синхронного генератора обусловлено синхронностью скорости вращения ротора и магнитного поля машины..

Принцип действия.

Напряжение, индуцируемое в корпусе, в этом случае будет близко к нулю (рис. 1 Синхронный генератор - многофазный генератор переменного тока, в котором магнитное поле индуцирует переменное напряжение в обмотке статора (обычно трехфазной), называемой якорем. магнитное поле создается обмоткой возбуждения, установленной на роторе, называемом магнитом возбуждения и питающемся от постоянного тока.. По какому принципу?Модель простейшего двигателя постоянного тока.Генератор, машина, вырабатывающая электроэнергию за счет подводимой к ней механической энергии.. Преобразователь, какой энергии является электродвигатель и какой преобразователь энергии является генератором 6. Физической основой работы генератора является явление электромагнитной индукции связанный с корпусом) и ротор (ротор, вращающаяся часть внутри статора).Генератор переменного тока (генератор переменного тока) представляет собой электрическую машину, преобразующую механическую энергию, отбираемую от внешнего приводного устройства генератора, в электрическую в виде переменного тока.Для этого используется явление индукции электродвижущей силы в результате движения проводника в магнитном поле.Синхронные машины могут работать как: генераторы (генераторы, вырабатывающие электроэнергию), синхронные двигатели (все чаще используются из-за к их благоприятным ходовым свойствам), а также синхронные компенсаторы..

7 Принцип работы асинхронного двигателя.

16 7.1 ИСПЫТАНИЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА Цель занятия: ознакомиться с конструкцией, принципами работы и основными характеристиками генератора постоянного тока в системе с автовозбуждением и параллельной работой.. Основной генератор представляет собой каркас из проводника, вращающегося в магнитном поле.. По принципу сохранения энергии электричество получается по принципу работы генератора.. Почему, если отключить возбуждение двигателя и возбуждение генератора включено, дизель сразу гаснет.. Конструкция и принцип работы Синхронный генератор, выставленный EMIT на выставке Trako 2015... благодаря чему не превышает 14,5 В.. Принцип работы.. Генератор переменного тока представляет собой реверс электродвигателя.Я ожидал синхронный генератор, а значит какие-то обмотки возбуждения на роторе или постоянные магниты - ничего подобного не нашел.Первый генератор был сконструирован в 1831 году первооткрывателем электромагнитной индукции Майклом Фарадеем.Правда, что постоянный электромагнитный поля, но при движении его величина изменяется в выбранном положении статора.Принцип работы синхронного генератораПоворотом рамки на 90 0 против часовой стрелки, из положения, показанного на рис.1.1а, он будет находиться в межполярном пространстве и его активные стороны будут связаны практически с нулевым магнитным потоком.

Принцип работы генератора довольно прост.

Введение.. Перечислите и кратко обсудите способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей Поле поля и якорь вращаются в одном направлении и с одинаковой скоростью Ротор обычно вращается со скоростью 15-20 об/мин , в то время как типичный асинхронный генератор вырабатывает электроэнергию со скоростью более 1500 об/мин.. Ротор такой же конструкции, как и в случае с короткозамкнутыми двигателями (только воздушный зазор между ротором и статором больше), без колец и щеток, а батарея, в электричество в виде переменного тока. С этой целью используется явление индукции электродвижущей силы в результате движения проводника в магнитном поле электромагнитной индукции.Принцип работы синхронного генератора. На рис. 3 показана схема трехфазного синхронного генератора с обмоткой статора, соединенной звездой, и цепью возбуждения, питаемой от шунтового генератора, соединенного валом с генератором. скорость, которая зависит от частоты (f) и числа пар полюсов (p), по формуле: Синхронный генератор — это машина переменного тока, ротор которой в установившемся режиме вращается с той же скоростью, что и магнитное поле.. Указанный ротор при вращении создает электродвижущую силу (ЭДС) в цепи статора.Целью модуля является изучение принципа работы генератора переменного тока, а также формы колебаний магнитной индукции в промежутке и осциллограмма формируемого напряжения.Напряжение источника постоянного тока 500 В.Сопротивление.Рис.На роторе размещена катушка возбуждения, по которой протекает постоянный ток от внешнего источника.Стоит знать, что конструкция генератор позволяет использовать его как электродвигатель, а работает наоборот.. У меня вопрос.. Принцип работы генератора вкратце заключается в том, что ротор с питанием от постоянного тока производит переменный ток в статоре.. Сделали простую релейную схему и тележка едет.. Турбогенераторы; Трехфазные синхронные генераторы используются для преобразования механической энергии в электрическую, с так называемым со скрытыми полюсами называются турбогенераторами - за счет привода от паровых турбин, а генераторы с открытыми полюсами - используемые на гидроэлектростанциях - гидрогенераторами.Генератор переменного тока представляет собой генератор переменного тока (трехфазный синхронный генератор), в котором ротор представляет собой редуктор возбуждения, а статор - якорь. Магнитное поле может создаваться постоянными магнитами или электромагнитами


.

Синхронный генератор по сравнению с асинхронным генератором

Машины переменного тока могут быть дополнительно классифицированы как Асинхронные машины и Синхронные машины. Итак, генераторы переменного тока, такие как синхронные генераторы (обычно называемые генераторами переменного тока) и индукционные генераторы (или асинхронные генераторы) .

Принцип работы синхронных и асинхронных машин существенно отличается. А пока мы обсудим разницу между синхронным генератором и асинхронным генератором.

Отличие синхронного генератора от асинхронного генератора


  • В синхронном генераторе форма волны генерируемого напряжения синхронизирована (прямо соответствует) скорости вращения ротора. Выходная частота может быть задана как f = N * P / 120 Гц. где N — скорость вращения ротора в об/мин, а P — число полюсов.

    Для асинхронных генераторов частота выходного напряжения регулируется энергосистемой, к которой подключен асинхронный генератор.Если асинхронный генератор питает автономную нагрузку, выходная частота будет несколько ниже (на 2 или 3 %), рассчитанная по формуле f = N * P / 120.

  • В генераторе переменного тока (синхронном генераторе) требуется отдельная система возбуждения постоянного тока.

    Асинхронный генератор получает реактивную мощность от энергосистемы для возбуждения поля. Если асинхронный генератор должен питать автономную нагрузку, необходимо подключить батарею конденсаторов для подачи реактивной мощности.

  • Конструкция асинхронного генератора менее сложна, так как не требует щеток и системы контактных колец.Щетки необходимы в синхронном генераторе для подачи постоянного напряжения на ротор для возбуждения.


Basic Различия между асинхронными генераторами и синхронными генераторами можно лучше понять по номерам ниже

Асинхронный генератор

Синхронный генератор
.

Синхронный генератор. Устройство генератора и принцип работы

Синхронный генератор — машина (механизм) переменного тока, преобразующая определенные виды энергии в электрическую. К таким устройствам относятся электростатические машины, гальванические элементы, солнечные элементы, термопары и др. Применение каждого устройства зависит от его технических характеристик.

Серия

Синхронные агрегаты применяются в качестве источников электроэнергии переменного тока: применяются на мощных тепловых, гидро- и атомных установках, передвижных электростанциях, транспортных системах (автомобили, самолеты, тепловозы).Синхронный блок может работать автономно - генератор, питающий подключенную к нему нагрузку, или параллельно с сетью - к нему подключены другие генераторы.

Синхронный блок может содержать устройства в местах, где отсутствует централизованное электроснабжение электрических сетей. Эти устройства можно использовать в хозяйствах, расположенных вдали от населенных пунктов.

Описание устройства

Устройство синхронного генератора обусловлено наличием таких элементов, как:

  • Ротор или индукционная катушка (подвижная, вращающаяся), в состав которой входит обмотка возбуждения.
  • Якорь или статор (стационарный), закрывающий обмотку.
  • Блок намотки.
  • Выключатель катушки статора.
  • Выпрямитель.
  • Несколько кабелей.
  • Электрическая накопительная конструкция.
  • Сварщик.
  • Катушка ротора.
  • Поставщик регулируемого постоянного тока.

Синхронный генератор работает как генератор и двигатель. Он может переходить от генератора к графику работы двигателя - это зависит от работы силы вращения или торможения устройства.На схеме генератора он содержит механический генератор и вырабатывает электричество. В графике двигателя он содержит электрическую и поступает механическая энергия.

Устройство находится в цепи переменного тока с другим типом нелинейного сопротивления. Синхронные блоки представляют собой генераторы переменного тока на электростанциях, а синхронные двигатели используются, когда необходим двигатель, работающий с постоянной частотой вращения.

Принцип действия устройства

Синхронный генератор работает по принципу электромагнитной индукции.При холостом ходе катушка якоря (статора) открыта, поэтому магнитное поле устройства формируется одним витком ротора. Когда ротор вращается от проволочного двигателя, он имеет постоянную частоту, магнитное поле ротора движется по проводникам фазных обмоток статора и индуцирует повторяющиеся переменные токи - электродвижущую силу (ЭДС). ЭДС бывает синусоидальной, несинусоидальной или пульсирующей.

Обмотка возбуждения предназначена для создания начального магнитного поля в генераторе для создания электрической движущей силы в катушке якоря.Если якорь синхронного генератора приводится в движение вращением с определенной скоростью, возбуждается источником постоянных токов, то поток возбуждения проходит по проводникам катушек статора, а в фазах переменных катушек возникает ЭДС индукции.

Устройство трехфазное

Генератор трехфазный синхронный - устройство с трехфазной структурой переменного тока, имеющее огромное практическое распространение. Вращающийся электромагнит может создавать магнитный (переменный) поток, который проходит через три фазы существующей обмотки статора.В результате в фазах возникает переменная ЭДС одинаковой частоты, фазовый сдвиг составляет угол, равный одной трети периода вращения магнитных полей.

Генератор синхронный трехфазный оборудован так, что якорь на его валу представляет собой электромагнит и питается от генератора. Например, когда вал вращается от турбины, генератор подает электричество, а на обмотку ротора подается подаваемый ток. С этого момента якорь становится электрическим магнитом, а вращение того же вала вызывает вращение электромагнитного поля.

Благодаря синхронным трехфазным генераторам гидро- и турбинных электростанций вырабатывается большая часть электроэнергии. Синхронные агрегаты также используются в качестве электродвигателей в таких устройствах, мощность которых превышает 50 кВт. Во время работы синхронного блока на графике двигателя сам ротор подключен к источнику постоянного тока, а статор подключен к трехфазному кабелю.

Конструкции возбуждения

Любые турбокомпрессоры, гидродвигатели, дизель-генераторы, синхронные компенсаторы, выпускаемые в настоящее время двигатели, оснащенные новейшими полупроводниковыми конструкциями типа возбуждения синхронных генераторов.В этих конструкциях используется метод выпрямления трехфазных переменных токов высокой или промышленной частоты возбудителей или напряжения возбуждаемого блока.

Генерирующее устройство таково, что структура возбуждения может обеспечить такие единичные параметры, как:

  • Первый этап возбуждения, то есть начальный.
  • Работа в режиме ожидания.
  • Подключайтесь к сети с точной или автоматической синхронизацией.
  • Работа в энергетическом сооружении с существующими нагрузками или перегрузками.
  • Возбуждение синхронных приборов может быть форсировано по таким критериям, как напряжение и ток с заданной кратностью.
  • Электромеханическое торможение.

Конструкция генератора

В настоящее время существует множество типов индукционных устройств, но конструкция генератора состоит из одних и тех же частей:

  • Электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле.
  • Обмотка с переменной ЭДС индукции.

Для получения максимального магнитного потока во всех генераторах используется специальная магнитная конструкция, состоящая из двух стальных сердечников.

Обмотки, создающие магнитное поле, устанавливаются в пазы одного сердечника, а обмотки, индуцирующие ЭДС, в пазы другого. Один из сердечников, внутренний, взаимодействует со своей обмоткой и вращается вокруг горизонтального или вертикального стержня. Такой стержень называется ротором.Неподвижный сердечник с обмоткой называется якорем (статором).

Характеристики прибора

Для оценки работы синхронных генераторов используются те же характеристики, что и в генераторах постоянного тока. Только некоторые условия отличаются и дополняются.

Основными признаками синхронного генератора являются:

  • Частота холостого хода - это зависимость электромагнитного поля аппарата от тока возбуждения, он же является показателем намагниченности магнитопроводов машины.
  • Внешней характеристикой является зависимость напряжения устройства от токов нагрузки. Напряжение устройства изменяется по-разному в зависимости от увеличения нагрузки для различных его форм. Причины таких изменений следующие:
  1. Падение напряжения на индуктивном и активном сопротивлении обмотки прибора. Он увеличивается с увеличением нагрузки на устройство, то есть его тока.
  2. Измените единицу ЭДС. Происходит в зависимости от реакции статора.При активных нагрузках падение напряжения будет вызвано падением напряжения на всех обмотках, поскольку реакция статора увеличивает электродвижущую силу генератора. При активной и емкостной нагрузках подмагничивающий эффект вызывает увеличение напряжения по сравнению с номинальным значением.
  • Характеристика регулирования синхронного генератора основана на зависимости токов возбуждения от токов нагрузки. При работе синхронных блоков необходимо поддерживать постоянное напряжение на их зажимах независимо от вида и величины нагрузок.Этого легко добиться, если настроить ЭДС генератора. Это можно сделать, автоматически изменяя токи возбуждения в зависимости от изменения нагрузок, т. е. при емкостной нагрузке ток возбуждения необходимо уменьшать, чтобы поддерживать напряжение постоянным, а при активном индуктивном и активном напряжении - увеличивать.

Мощность синхронного генератора определяется следующими величинами:

  • Соответствующее напряжение в сети.
  • Его э.д.с.
  • Угол измерения.

Устройство переменного тока

Синхронный генератор переменного тока представляет собой электрическую машину, которая преобразует механическую энергию вращения в электричество переменного тока. Мощные генераторы таких токов устанавливаются:

  • гидрогенератор турбогенератор - на электростанциях;
  • Устройства переменного тока относительно малой мощности - в автономных энергосистемах (электростанция с газовой турбиной, ТЭЦ) и в преобразователях частоты (двигатель-генератор).

В настоящее время выпускается много типов таких устройств, но все они имеют общее расположение основных элементов:

  • якорь (статор) - неподвижный;
  • поворот вокруг оси ротора.

В крупных промышленных генераторах вращается электромагнит. При этом обмотки с ЭДС индукции в пазах статора остаются неподвижными.

В таких устройствах, как маломощный синхронный генератор, магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом.

Типы синхронных агрегатов

Синхронные генераторы бывают следующих типов:

  1. Гидро - в нем ротор имеет отличие наличием ярко выраженных полюсов, используется для выработки электроэнергии, выполняет работу на малых скоростях .
  2. Турбо - имеет отличия в неявной конструкции полярного генератора, изготавливается из разных типов турбин, скорость достаточно высокая, достигает около 6000 об/мин.
  3. Синхронный компенсатор - данный блок обеспечивает реактивную мощность, применяется для улучшения качества электроэнергии с целью стабилизации напряжения.
  4. Асинхронный сдвоенный источник питания - устройство генератора данного типа состоит в том, что к нему подключаются как обмотки ротора, так и обмотки статора от поставщика токов разной частоты. Создается асинхронный график работы. Также отличается стабильным планом работы, трансформирует различные фазные токи и применяется для решения задач узкой специализации.
  5. Биполярный барабан барабана - работает в графике короткое замыкание работает коротко в миллисекундах. Также испытывают высоковольтные устройства.

Разновидности агрегатов

Синхронный генератор (двигатель) подразделяется на несколько моделей, которые предназначены для разных целей:

  • Шаговые (импульсные) - применяются для привода механизмов с циклом пуск-стоп или устройств с движение с импульсом управляющего сигнала (счетчики, ременные передачи, приводы станков с ЧПУ и др.).
  • Безредукторный - для использования в автономных системах.
  • Бесконтактный - когда-то работал силовой установкой на кораблях морского и речного флота.
  • Гистерезисные - применяются для счетчиков времени, в инерционных приводах, в системах автоматического управления;
  • Двигатели асинхронные - для питания электроустановок.

Разделение по типу ротора

По типу роторного устройства генераторное устройство подразделяется на:

  • Чистый полюс - с громкоговорителями или со четкими полюсами. Эти роторы используются в малошумных генераторах, скорость вращения которых не превышает 1000 оборотов в минуту.
  • Неявный полюс — это ротор цилиндрической формы, не имеющий выступающих полюсов. Эти якоря бывают двухполюсными и четырехполюсными.

В первом случае ротор состоит из поперечины, на которой закреплены полюсные сердечники или обмотки возбуждения. Во-вторых, быстроходные агрегаты со скоростью 1500 или 3000. Ротор выполнен в виде цилиндра из достаточно качественной стали с пазами, в которых установлена ​​обмотка возбуждения, состоящая из отдельных витков разной ширины.

.

Генераторы для ГЭС - Новости и статьи - Малые ГЭС

Один предназначен в основном для существующих электросетей, другой позволяет регулировать ток, проходящий через него и не нуждается в стабильном питании.

Асинхронные генераторы

Эти типы генераторов получают электроэнергию из существующей сети и используют ее для возбуждения собственного магнитного поля. Явление магнитной индукции, вызванное вращением турбины относительно источника магнитного поля, вызывает протекание тока.В случае отключения электроэнергии от существующей сети свойства генератора также исчезают. Поэтому они не подходят для питания отдельных подсетей. В связи с конструкцией асинхронных генераторов мы делим их на два типа: клеточные и кольцевые.


Рис. 1 Ротор двигателя/корпусного асинхронного генератора (источник flickr.com, автор Tinou Bao)
Первый проще в сборке и дешевле, но нет возможности регулировать скорость отжима. Клеточный генератор состоит из железного сердечника, окруженного алюминиевыми стержнями, которые по конструкции напоминают клетку.Во время работы индуцированное магнитное поле вращается вокруг ротора с клеткой, что вызывает выработку электричества. Это может быть отправлено непосредственно на приемник или на преобразователь мощности.

Рис. 2 Ротор двигателя/асинхронного кольцевого генератора (источник flickr.com, автор Les Chatfield)
Кольцевые генераторы могут работать с разной скоростью вращения. Это связано с тем, что к машине было добавлено дополнительное щеточное устройство.Несколько обмоток выходят из машины и соединяются резисторами или просто замыкаются накоротко. По мере запуска сопротивление резисторов все больше и больше уменьшается, и обмотки медленно замыкаются друг на друга. Название этого генератора происходит от контактных колец, передающих ток. Регулирование скорости достигается добавлением в цепь ротора дополнительного резистора.

Синхронные генераторы

Этот тип генератора позволяет вам работать, не беря энергию из существующей электросети.Он запускается в невозбужденном состоянии и может снабжать энергией ограниченное число потребителей без доступа к внешней сети. Он должен быть синхронизирован с сетевой трассой посредством турбины и клапанов в форсунках. За это отвечает автоматический регулятор. Большое значение должны иметь маховики в синхронных генераторах, чтобы напряжение не менялось неожиданно. Требует использования преобразователя энергии. Его скорость вращения синхронизирована с частотой.Ротор вращается и создает вокруг себя магнитное поле с той же скоростью, что и он сам, и движется вместе с ней. Обмотка возбуждения, отвечающая за это, расположена между сердечником статора и контактными кольцами.


Рис. 3 Синхронный генератор с маховиком (источник flickr.com, автор carrotmadman6)
Другой тип синхронных генераторов — это генераторы с постоянными магнитами. В машинах этого типа они отвечают за возбуждение самого ротора, а не электромагнитного источника.Магниты размещены внутри или на поверхности ротора. Однако такие генераторы не имеют щеточного узла, благодаря чему имеют гораздо более высокий КПД, чем их аналоги, возбуждаемые электричеством.


Микрогенератор на постоянных магнитах

Синхронные генераторы используются особенно в ситуациях, когда вырабатываемая ими энергия составляет значительную часть общей энергии, подаваемой в сеть. Их также устанавливают в случае большой полной мощности.Асинхронные машины для работы нуждаются в стабильной электросети, поэтому их лучше использовать, если энергия, получаемая от водотоков, должна составлять небольшую часть от общей.

Источник: основное фото flickr.com (фото: PSNH)

.

Смотрите также