Kuidas vahelduv- ja alalisvoolugeneraatorid töötavad?

Termin "põlvkond" elektrotehnikas pärineb ladina keelest. See tähendab "sündi". Energia osas võime öelda, et generaatorid on tehnilised seadmed, mis toodavad elektrit.

Sel juhul tuleb märkida, et elektrivoolu saab toota erinevat tüüpi energia muundamise teel, näiteks:

• keemiline;

• valgus;

• termiline ja teised.

Ajalooliselt on generaatorid struktuurid, mis muudavad pöörlemise kineetilise energia elektriks.

Vastavalt toodetud elektri tüübile on generaatorid:

1. alalisvool;

2. muutuja.

Lihtsaima generaatori tööpõhimõte

Teadlased Oersted ja Faraday avastasid füüsikaseadused, mis võimaldavad luua kaasaegseid elektriseadmeid elektri tootmiseks mehaanilise energia muundamise teel.

Kehtib igasugune generaatori disain elektromagnetilise induktsiooni põhimõtekui suletud raamis toimub elektrivoolu induktsioon, mis on tingitud selle lõikumisest tekkiva pöörleva magnetväljaga püsimagnetid koduseks kasutamiseks mõeldud lihtsustatud mudelites või suurenenud võimsusega tööstustoodete ergutuspoolides.

Kui pöörate raami, muutub magnetvoo suurus.

Kontuuris indutseeritud elektromotoorjõud sõltub suletud ahelas S ahelasse tungiva magnetvoo muutumise kiirusest ja on otseselt võrdeline selle väärtusega. Mida kiiremini rootor pöörleb, seda suurem on genereeritud pinge.

Suletud ahela loomiseks ja sellest elektrivoolu ärajuhtimiseks oli vaja luua kollektor ja hari, mis tagab pideva kontakti pöörleva raami ja ahela statsionaarse osa vahel.

Tänu kollektoriplaatidele surutud vedruga harjade konstruktsioonile kandub elektrivool väljundklemmidele ja sealt edasi tarbija võrku.

Lihtsaima alalisvoolu generaatori tööpõhimõte

Kui raam pöörleb ümber telje, ringlevad selle vasak ja parem pool ümber magnetite lõuna- või põhjapooluse. Iga kord muutub neis voolude suund vastupidises suunas, nii et igal poolusel voolavad nad ühes suunas.

Väljundahelas alalisvoolu tekitamiseks luuakse pooli iga poole jaoks kollektorisõlmes poolrõngas. Rõngaga külgnevad harjad eemaldavad ainult nende märgi potentsiaali: positiivne või negatiivne.

Kuna pöörleva raami poolrõngas on avatud, tekivad selles hetked, kui vool saavutab maksimaalse väärtuse või puudub. Selleks, et säilitada mitte ainult suund, vaid ka genereeritud pinge konstantne väärtus, on raam valmistatud spetsiaalselt ettevalmistatud tehnoloogia järgi:

• see ei kasuta ühte mähist, vaid mitut - sõltuvalt kavandatud pinge suurusest;

• kaadrite arv ei ole piiratud ühe eksemplariga: nad püüavad teha piisava arvu, et optimaalselt hoida pingelangust samal tasemel.

Alalisvoolugeneraatoris asuvad rootori mähised piludes magnetahel… See võimaldab vähendada indutseeritud elektromagnetvälja kadu.

Alalisvoolugeneraatorite disainifunktsioonid

Seadme peamised elemendid on:

• väline jõuraam;

• magnetpoolused;

• staator;

• pöörlev rootor;

• lülitiplokk harjadega.

Terassulamitest või malmist valmistatud raam, et anda kogu struktuurile mehaaniline tugevus. Korpuse lisaülesanne on magnetvoo ülekandmine pooluste vahel.

Tihvtide või poltidega korpuse külge kinnitatud magnetite poolused. Neile on paigaldatud mähis.

Staator, mida nimetatakse ka ikkeks või skeletiks, on valmistatud ferromagnetilistest materjalidest. Selle peale asetatakse ergutuspooli mähis. Staatori südamik, mis on varustatud selle magnetvälja moodustavate magnetpoolustega.

Rootoril on sünonüüm: ankur. Selle magnetsüdamik koosneb lamineeritud plaatidest, mis vähendavad pöörisvoolude teket ja suurendavad efektiivsust. Rootor ja/või iseergutusmähised asetatakse südamikukanalitesse.

Pintslitega lülitussõlm, sellel võib olla erinev pooluste arv, kuid see on alati kahekordne. Harja materjaliks on tavaliselt grafiit. Kollektorplaadid on valmistatud vasest, mis on voolujuhtivuse elektriliste omaduste jaoks kõige optimaalsem metall.

Tänu lüliti kasutamisele genereeritakse alalisvoolugeneraatori väljundklemmidel pulseeriv signaal.

Alalisvoolugeneraatorite peamised konstruktsioonitüübid

Ergastusmähise toiteallika tüübi järgi eristatakse seadmeid:

1. eneseergastusega;

2. tegutsevad iseseisva kaasamise alusel.

Esimesed tooted võivad:

• kasutada püsimagneteid;

• või töötada välistest allikatest, nt akudest, tuuleturbiinidest...

Sõltumatult lülitatavad generaatorid töötavad oma mähisest, mida saab ühendada:

• järjestikku;

• šundid või paralleelne ergutus.

Üks sellise ühenduse võimalustest on näidatud diagrammil.

Alalisvoolugeneraatori näide on konstruktsioon, mida varem autotööstuses sageli kasutati. Selle struktuur on sama mis asünkroonmootoril.

Sellised kollektorstruktuurid võivad töötada samaaegselt mootori või generaatori režiimis. Seetõttu on need olemasolevates hübriidsõidukites laialt levinud.

Ankru moodustamise protsess

See juhtub tühikäigurežiimis, kui harja rõhk on valesti reguleeritud, luues ebaoptimaalse hõõrderežiimi. See võib põhjustada magnetväljade vähenemist või tulekahju suurenemise tõttu suurenenud sädemete tekkimise tõttu.

Vähendamise viisid on järgmised:

• magnetväljade kompenseerimine lisapooluste ühendamise teel;

• kollektoriharjade asendi nihke reguleerimine.

Alalisvoolugeneraatorite eelised

Nad sisaldavad:

• ilma hüstereesist ja pöörisvoolust tingitud kadudeta;

• töötada äärmuslikes tingimustes;

• vähendatud kaal ja väikesed mõõtmed.

Lihtsaima generaatori tööpõhimõte

Selle disaini sees kasutatakse samu detaile nagu eelmises analoogis:

• magnetväli;

• pöörlev raam;

• kollektoriplokk voolu äravooluharjadega.

Peamine erinevus seisneb kollektorisõlme konstruktsioonis, mis on konstrueeritud nii, et kui raam pöörleb läbi harjade, tekib pidevalt kontakt poole raamiga, muutmata nende asendit tsükliliselt.

Seetõttu kantakse vool, mis muutub vastavalt harmooniliste seadustele igas pooles, täiesti muutumatul kujul harjadele ja seejärel nende kaudu tarbijaahelasse.

Loomulikult luuakse raam optimaalse pinge saavutamiseks mitte ühest pöördest, vaid arvutatud arvust kerimisega.

Seega on alalis- ja vahelduvvoolugeneraatorite tööpõhimõte ühine ning disainierinevused on tootmises:

• pöörleva rootori kollektori komplekt;

• rootori mähise konfiguratsioon.

Tööstuslike generaatorite disainifunktsioonid

Mõelge tööstusliku induktsioongeneraatori põhiosadele, milles rootor saab pöörleva liikumise lähedalasuvast turbiinist. Staatori konstruktsioon sisaldab elektromagneti (kuigi magnetvälja saab luua püsimagnetite komplektiga) ja rootori mähist, millel on teatud arv pööre.

Igas ahelas indutseeritakse elektromotoorjõud, mis lisatakse järjestikku igasse ahelasse ja moodustab väljundklemmidel ühendatud tarbijate toiteahelasse antud pinge koguväärtuse.

EMF-i amplituudi suurendamiseks generaatori väljundis kasutatakse magnetsüsteemi spetsiaalset konstruktsiooni, mis on valmistatud kahest magnetahelast, kuna kasutatakse spetsiaalset elektriterase klassi kanalitega lamineeritud plaatide kujul. Nende sisse on paigaldatud mähised.

Generaatori korpuses on kanalitega staatori südamik, mis mahutab magnetvälja tekitava mähise.

Laagritel pöörleval rootoril on ka piludega magnetahel, mille sisse on paigaldatud mähis, mis võtab vastu indutseeritud EMF-i. Tavaliselt valitakse pöörlemistelje jaoks horisontaalne suund, kuigi on olemas vertikaalse paigutusega generaatorid ja vastava konstruktsiooniga laagrid.

Staatori ja rootori vahele tekib alati tühimik, mis on vajalik pöörlemise tagamiseks ja kinnikiilumise vältimiseks. Kuid samal ajal on selles magnetilise induktsiooni energia kadu. Seetõttu püüavad nad seda teha võimalikult väikeseks, võttes optimaalselt arvesse mõlemat nõuet.

Rootoriga samal võllil asuv erguti on suhteliselt väikese võimsusega alalisvoolugeneraator. Selle eesmärk: varustada elektrienergiaga generaatori mähiseid iseseisva ergastuse olekus.

Selliseid erguteid kasutatakse kõige sagedamini turbiinide või hüdrauliliste generaatorite konstruktsioonides esmase või varu ergutusmeetodi loomisel.

Tööstusliku generaatori fotol on kujutatud libisemisrõngaste ja harjade paigutust pöörleva rootori konstruktsiooni voolude püüdmiseks. Töötamise ajal on see seade pideva mehaanilise ja elektrilise pinge all. Nende ületamiseks luuakse keeruline struktuur, mis töö ajal nõuab perioodilisi kontrolle ja ennetavaid meetmeid.

Tekkivate tegevuskulude vähendamiseks kasutatakse teistsugust alternatiivset tehnoloogiat, mis kasutab ka pöörlevate elektromagnetväljade vahelist vastasmõju. Rootorile asetatakse ainult püsi- või elektrimagnetid ja pinge eemaldatakse statsionaarselt mähiselt.

Sellise vooluringi loomisel võib sellist struktuuri nimetada terminiks "alternaator". Seda kasutatakse sünkroongeneraatorites: kõrgsagedusgeneraatorites, autotööstuses, diiselvedurites ja laevades, elektrijaamades elektri tootmiseks.

Sünkroongeneraatorite omadused

Tööpõhimõte

Tegevuse nimi ja eripära seisneb jäiga seose loomises staatorimähises indutseeritud vahelduva elektromotoorjõu sageduse «f» ja rootori pöörlemise vahel.

Staatorisse on paigaldatud kolmefaasiline mähis ja rootoril on südamikuga elektromagnet ja põnev mähis, mida toidavad alalisvooluahelad läbi harjakollektori.

Rootori paneb pöörlema ​​mehaanilise energia allikas - sama kiirusega ajam. Selle magnetväli teeb sama liikumise.

Staatori mähistes indutseeritakse sama suurusjärgu, kuid 120 kraadi võrra nihutatud elektromotoorjõud, luues kolmefaasilise sümmeetrilise süsteemi.

Kui need on ühendatud tarbijaahelate mähiste otstega, hakkavad ahelas toimima faasivoolud, mis moodustavad samamoodi pöörleva magnetvälja: sünkroonselt.

Indutseeritud EMF-i väljundsignaali vorm sõltub ainult magnetilise induktsiooni vektori jaotusseadusest rootori pooluste ja staatori plaatide vahelises pilus. Seetõttu püüavad nad luua sellise kujunduse, kui induktsiooni suurus muutub vastavalt sinusoidaalsele seadusele.

Kui vahe on konstantne, on pilu sees olev vooluvektor trapetsikujuline, nagu on näidatud joondiagrammil 1.

Kui aga pooluste narmaste kuju korrigeeritakse viltuseks, muutes vahe maksimaalse väärtuseni, siis on võimalik saavutada jaotuse sinusoidne kuju, nagu näidatud real 2. Seda tehnikat kasutatakse praktikas.

Sünkroongeneraatorite ergutusahelad

Rootori "OB" ergutusmähisele tekkiv magnetmotoorjõud loob selle magnetvälja. Selleks on olemas erinevad alalisvoolu ergutite kujundused, mis põhinevad:

1. kontaktiviis;

2. mittekontaktne meetod.

Esimesel juhul kasutatakse eraldi generaatorit, mida nimetatakse ergutiks «B». Selle ergutusmähise toiteallikaks on täiendav generaator paralleelse ergastuse põhimõttel, mida nimetatakse "PV" ergutiks.

Kõik rootorid asuvad ühisel võllil. Seetõttu pöörlevad nad täpselt samamoodi. Ergastus- ja võimendiahelate voolude reguleerimiseks kasutatakse reostaate r1 ja r2.

Kontaktivaba meetodi korral pole rootoril libisemisrõngaid. Otse sellele paigaldatakse kolmefaasiline ergutimähis. See pöörleb sünkroonselt rootoriga ja edastab elektrilise alalisvoolu läbi kaaspöörleva alaldi otse erguti mähisele «B».

Kontaktivabade vooluahelate tüübid on järgmised:

1. iseergutussüsteem staatori enda mähisest;

2. automatiseeritud skeem.

Esimese meetodi korral juhitakse staatori mähistest saadav pinge alandavatrafosse ja seejärel pooljuhtalaldi PP, mis genereerib alalisvoolu.

Selle meetodi abil tekib jääkmagnetismi nähtuse tõttu esialgne ergutus.

Automaatne eneseergastuse loomise skeem hõlmab järgmist:

• pingetrafo VT;

• automatiseeritud ergutusregulaator ATS;

• voolutrafo TT;

• alaldi VT;

• türistori muundur TP;

• kaitseplokk BZ.

Asünkroonsete generaatorite omadused

Peamine erinevus nende konstruktsioonide vahel on jäiga seose puudumine rootori kiiruse (nr) ja mähises indutseeritud EMF (n) vahel. Nende vahel on alati erinevus, mida nimetatakse "libisemiseks". Seda tähistatakse ladina tähega "S" ja seda väljendatakse valemiga S = (n-nr) / n.

Kui koormus on ühendatud generaatoriga, tekib rootori pööramiseks pidurdusmoment. See mõjutab genereeritud EMF-i sagedust, tekitab negatiivse libisemise.

Asünkroonsete generaatorite rootori konstruktsioon on valmistatud:

• lühis;

• faas;

• õõnes.

Asünkroonsetel generaatoritel võib olla:

1. iseseisev põnevus;

2. eneseergastus.

Esimesel juhul kasutatakse välist vahelduvpingeallikat ja teisel pooljuhtmuundureid või -kondensaatoreid primaar-, sekundaar- või mõlemat tüüpi ahelates.

Seega on vahelduvvoolugeneraatoritel ja alalisvoolugeneraatoritel ehituspõhimõtetes palju ühist, kuid need erinevad teatud elementide konstruktsiooni poolest.