Как работает электрический генератор

Как работает электрический генератор

Компания «Cистемотехника» занимается производством и продажей энергетического оборудования.

Оказываем комплексные услуги по поставке, монтажу и обслуживанию систем бесперебойного электроснабжения по оптимальным ценам в Москве.

Работа электрогенерирующего оборудования основывается на принципе конвертации механической энергии, получаемой из внешнего источника, в электроэнергию. Иными словами, устройство не вырабатывает самостоятельно электричество.

Происходит усиление движения возникающих в проводах его обмотки электрических зарядов, которые проходя через внешнее кольцо циркуляции, отдают свою энергию.

В результате на выходе образуется электрический ток, который и поступает в сеть от электростанции.

С научной точки зрения принцип называется «магнитной индукцией» и был обнаружен Майклом Фарадеем в 19 веке. Ученый физик установил, что перемещением электрического проводника в магнитном поле рождается поток зарядов. Между двумя концами проводника, в частности, провода, создается разность напряжений, который усиливает движение зарядов, превращая их в электричество.

Перейти в каталог генераторного оборудования:

Как работает электрический генератор

Это неотъемлемая часть электростанции, которая осуществляет преобразование механической мощности в электрическую энергию. Состоит устройство из неподвижных и подвижных модулей, которые вмонтированы в его корпус. Все элементы работают в синхронном режиме, усиливая движение между электрическими и магнитными полями, что рождает электричество.

Ротор, как подвижный модуль, создает вращающееся магнитное поле. Выполняется это несколькими способами:

  • индукцией, которая происходит в синхронном бесщеточном генераторе, которые, как правило, имеют достаточно внушительные габариты;
  • постоянными магнитами, используемыми в малых генераторах;
  • с помощью задающего возбудителя, активизирующего ротор через сборку щеток и токопроводящих контактных колец.

Подвижным ротором вокруг статора вырабатывается вращающееся магнитное поле и вызывается разность напряжений в обмотке. Таким образом производится на выходе переменный ток.

Факторы, влияющие на эффективность работы синхронного генератора:

  • металлический или пластиковый корпус. В первом случае устройство отличается большей долговечностью. Пластик же со временем деформируется и может стать причиной повреждения внутренних элементов, создавая таким образом аварийную ситуацию и опасность для пользователя.
  • шариковый или игольчатый подшипник: первый более предпочтителен в силу большей его износостойкости.
  • в бесщеточном генераторе не используются щетки, благодаря чему отличается производством более чистой энергии на фоне меньшего технического обслуживания.

Двигатель

С помощью этого элемента образуется механическая энергия для работы миниэлектростанции. Его размер напрямую зависит от максимальной мощности электростанции. Кроме того, существует множество факторов, влияющих на функциональность двигателя:

Как работает электрический генератор

  • вид топлива, используемое для работы двигателя. Это могут быть бензин, дизельное топливо, природный газ или пропан. Бытовые электростанции, как правило, работают на бензине, промышленные же электростанции – на дизельном топливе, природном газу, жидком или газообразном пропане. Есть модификации, работающие на комбинированном виде топлива – дизеле и газу.
  • верхнее расположение клапанов OHV. Впускные и выпускные клапаны таких двигателей располагаются не на блоке цилиндров, а на их верхушке. Данные модели имеют более высокую стоимость, что обусловлены дополнительными преимуществами. Это компактный дизайн, упрощенная рабочая механика, удобство в использовании, а также долговечность конструкции. Кроме того, их работа отличается низким уровнем шума и меньшим уровнем выбросов.
  • чугунная гильза в цилиндре двигателя, используемая в качестве подкладки. Таким способом уменьшается износ двигателя, что увеличивает доремонтный срок службы. Такая чугунная гильза используется в большинстве устройств с верхним расположением клапанов. Как элемент, эта подкладка имеет невысокую стоимость, однако очень важна, особенно в случаях частого использования электростанции.

Система подачи топлива

Топливный резервуар обычно имеет достаточный объем для поддержания стабильной работы электростанции на период от 6 до 8 часов. На малых устройствах бак устанавливается в верхней части корпуса. Для промышленной установки применяется наружный резервуар.

Характеристики системы:

Как работает электрический генератор

  • соединение трубопроводов с двигателем. Таким путем осуществляется подача топлива к работающему модулю и обратно.
  • вентиляционная труба для топливного бака необходима для снижения уровня давления при повторном заполнении или сливе резервуара. Крайне важно при этом обеспечить контакт металлических поверхностей сопла наполнителя и топливного бака во избежание искр.
  • сливное соединение с дренажной трубой используется для предотвращения протечек жидкости во время слива.
  • топливный насос отвечает за перемещение топлива от основного хранилища в точку потребления. Данное устройство имеет электропривод.
  • топливный фильтр очищает жидкость от иных примесей, способных привести к коррозии и загрязнению внутренних модулей оборудования.
  • инжектор автоматически управляет поступлением необходимого объема жидкости в камеру сгорания.

Регулятор напряжения AVR

Этот модуль осуществляет регулировку выходного напряжения электростанции. Устройство состоит из нескольких компонентов:

  • регулятор напряжения контролирует процесс преобразования переменного напряжения в постоянный электроток. Затем происходит его подача на вторичную обмотку статора.
  • возбудитель обмотки необходим для генерирования небольшого количества переменного тока. Напрямую связан с вращающимся выпрямителем тока.
  • вращающийся выпрямитель тока осуществляет выпрямление переданного с возбудителя обмотки переменного тока с последующей конвертацией его в постоянный. Затем выполняется его подача на ротор, где в дополнение к вращающемуся магнитному полю создается и электромагнитное напряжение.
  • ротору отводится роль индукции большого количества переменного напряжения на обмотку статора.

Регулятор напряжения максимально задействован в начальном периоде запуска установки. Как только устройство выходит на полную работоспособность, модуль снижает выработку постоянного тока. В состоянии равновесия регулятор напряжения производит только необходимое количество мощности для поддержания электростанции в рабочем состоянии.

При увеличении нагрузки на электростанцию, регулятор напряжения выходит из состояния равновесия и активизирует свою работу, пока мощность оборудования не выйдет на показанный уровень потребления.

В нашем каталоге Вы можете ознакомиться с примерами дизельных генераторов с АВР >>

Как работает электрический генератор

Установка выхлопа и охлаждения двигателя электростанции

Включает в себя:

  • Систему охлаждения электростанции, используемую для снижения уровня перегрева рабочего устройства. В качестве антифриза используется вода, водород, а также стандартный радиатор и вентилятор. За уровнем охлаждения следует периодически наблюдать, чтобы предотвратить аварийную ситуацию. Система требует постоянной очистки от загрязнений, выполняемую через каждые 600 часов работы. Следует обеспечить приток к устройству свежего воздуха: по действующим нормам в радиусе от электрогенерирующей установки должно быть не меньше метра свободного пространства.
  • Систему выхлопа. В процессе сгорания топлива образуется отработанный газ, содержащий высокотоксичные химические соединения. Очень важно создать эффективную систему утилизации выхлопов с использованием вытяжек.

Как работает электрический генератор

Система смазки

Электростанция в комплекте имеет множество движущихся модулей, эффективность работы которых зависит и от содержания смазочных веществ. Для чего в помпе всегда находится специальное масло, уровень которого следует контролировать каждые 8 часов. Также необходимо строго отслеживать возможные протечки смазывающего вещества.

Зарядное устройство

Запуск электростанции осуществляется с помощью аккумулятора. Эта батарея должна быть всегда заряженной, за что отвечает зарядное устройство. Оно снабжает аккумулятор необходимым количеством «плавающей» энергии, которая и производит подзарядку емкости. Важно следить за уровнем этой энергии: снижение приведет к неполной зарядке аккумулятора, а повышенный уровень выведет его из строя.

Изготавливается зарядное устройство из нержавеющей стали, чтобы увеличить срок службы модуля. Его работа полностью автоматизирована и не требует вмешательства в параметры.

Постоянное напряжение на выходе определяется на уровне на 2.33 Вольт на ячейку.

Зарядное устройства обладает отдельным постоянным напряжением, которое может привнести сбои в нормальное функционирование электрооборудования.

Панель управления

Как работает электрический генератор

Модуль снабжен упрощенным интерфейсом, на котором отображены все положения управляемых элементов. Каждый производитель предлагает собственный вариант панели.

Электрическое включение и выключение автоматически запускает электростанцию в рабочее состояние в случае необходимости. И отключает, когда деятельность устройства нецелесообразна.

Механическое устройство прибора отображает на датчиках наиболее важные параметры по давлению масла, температуре охлаждения, напряжению батареи, скорости вращения двигателя и длительности работы. При превышении нормы электростанция автоматически отключается.

Датчики мини электростанции отвечают за измерение выходного тока, напряжения и рабочей частоты. Иные виды контроля: переключатель частоты, фазовый селекторный переключатель и переключатель режимов двигателя.

Как работает электрический генератор

Рама / Корпус

Основная конструкция служит генераторному оборудованию главной поддержкой и имеет выполненный под заказ корпус. В случаях, когда предполагается перемещение оборудования, рама может быть дополнительно оснащена шасси.

Для наглядности, вы можете посмотреть нашу продукцию из раздела передвижные дизельные генераторы >>

Генераторы тока: переменного и постоянного

Отсутствие электричества сегодня не становится проблемой как в быту, так и в промышленности. Широкий ассортимент генераторов тока позволяет решить проблему быстро, с минимальными трудозатратами. Резервные источники питания незаменимы в современной реальности — всему нужна электроэнергия.

Гарантии, что подачу электроэнергии не прекратят в самый неподходящий момент – не может дать ни она организация.

Поэтому резервная электростанция на базе генератора постоянного или переменного тока  — важное, а зачастую незаменимое оборудование, которое обеспечивает непрерывность производства, комфорт в бытовой сфере, безопасность и непрерывность технологических процессов.

Что такое генератор тока

Когда нет электрической энергии, требуется получить её из другого источника. Наши предки, например, использовали силу ветра, течения рек. Впрочем, сегодня подобную энергию применяют, если не жалко времени и сил на возведение плотин и ветряков.

Генераторы тока стандартно «работают» на топливе, за счет вращения обмотки в магнитном поле преобразовывая механическую энергию вращения в электричество. Ток возникает в замкнутом контуре, протекает по обмоткам, когда к электростанции подключается потребитель — именно так работает генератор тока.

В зависимости от того, как вращается магнитное поле (при неподвижном или подвижном проводнике) различают два типа этих электрических машин — генераторы постоянного или переменного тока.

В чем разница между постоянным и переменным током

Вспоминаем уроки физики. Электроток — заряженные микрочастицы, которые «бегут» в определенном направлении. У постоянного тока частицы движутся по прямой, в одном направлении от минуса к плюсу. У переменного движение электронов идет по синусоиде с определенной частотой (полярность между проводами меняется несколько раз за заданный промежуток времени).

Как работает электрический генератор Разница между движением заряженных частиц заложена в принцип работы генераторов электрического тока. Для простого обывателя можно сказать так: в розетке — переменный, в батарейке — постоянный. В качестве частного случая, с очень большим упрощением, можно сказать так: всё что с напряжением до 48 Вольт — всё постоянный, всё что от 100 до 500 Вольт — переменный.

Автор статьи и специалисты Mototech прекрасно осведомлены о том, что и постоянный ток может иметь практически любое напряжение (например, 380 Вольт на шине постоянного тока в ИБП), так же как и переменный ток для узких задач. 

Читайте также:  Как сделать мощную новогоднюю гирлянду с китайскими мозгами

В чем конструктивная разница между генераторами

Несмотря на то, что конечный результат работы электростанций один — потребитель получает электроэнергию, методы преобразования механической энергии в электродвижущую силу и электричество различаются. Элементы (комплектующие) также отличны.

Особенности конструкции генераторов переменного тока

Электростанция такого типа состоит из:

  • Внешней силовой рамы, изготовленной из высокопрочных сплавов. Корпус рассчитан на интенсивную нагрузку, возникающую при передаче магнитного потока от полюса к полюсу. Проще говоря: чугунный кожух не «пробивается» разрядами тока.
  • Магнитных полюсов, закрепленные на корпусе болтами или шпильками. На «плюс» и «минус» монтируется обмотка.
  • Статора. Остов с катушкой возбуждения изготавливают из ферромагнитных материалов, на сердечнике устанавливают магнитные полюса, которые и образуют магнитное поле.
  • Вращающегося ротора (якоря). Задача магнитопровода — снизить вихревые токи и повысить КПД генератора постоянного тока.
  • Коммутационного узла, оснащенного щетками (обычно изготовленными из графита) и коллекторными пластинами из меди.

Как работает электрический генератор

Полюсов может быть несколько (число минусов и плюсов всегда идентично). Поэтому сегодня потребитель может купить электростанцию необходимой мощности и обеспечить электричеством как дом, так и промышленный объект.

Особенности конструкции генератора переменного тока

Как работает электрический генератор

Конструктивной разницы в статоре и роторе между устройствами постоянного и переменного тока нет. Практически идентичны и силовые рамы. Существенное отличие в комплектации коммуникационного узла. Каждый выход механизма помимо щеток оснащен токопроводящими кольцами. «Закольцованный» ток движется по синусоиде и несколько раз в секунду достигает пика мощности. По типу устройства, характеристикам и принципу работы современные генераторы переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Как работает электрический генератор

Специфика синхронного устройства: скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля в рабочем зазоре.

Асинхронным машинам характерны:

  • отсутствие электрической связи с ротором;
  • вращение якоря под воздействием остаточного механизма статора;
  • измененная электрическая нагрузка на статоре.

Такие агрегаты могут быть однофазными и трехфазными.

Принцип работы генератора постоянного тока

Как работает электрический генератор

Простейший  по конструкции генератор работает следующим образом:

  • Рамка вращается вокруг оси, расположенная на корпусе обмотка регулярно проходит через «минус» и «плюс» полюсов.
  • Каждый раз при достижении разнополюсных точек, происходит смена направления тока на противоположное.
  • Выходной цепи благодаря полукольцу, расположенному на коллекторном узле, создается постоянный ток.
  • С помощью щеток с положительного или отрицательного полюса снимается потенциал и по схеме передается потребителю.

Такая схема работает в простейшей конструкции, с одним плюсом и минусом, если положительных/отрицательных точек больше, ЭДС и ориентировочное количество электроэнергии рассчитываются по формуле.

Как работает электрический генератор

К преимуществам генераторов постоянного тока относят:

  • небольшой вес и компактность агрегата;
  • возможность использовать в экстремальных условиях;
  • отсутствие потерь, связанных с вихревыми токами.

Минус: на большую мощность при использовании устройств такого типа рассчитывать не стоит.

Принцип работы генератора переменного тока

Как работает электрический генератор

Устройства такого типа преобразуют механику в электроэнергию, вращая проволочную катушку в магнитном поле. Ток вырабатывается, когда силовые линии пересекают обмотку. До тех пор, пока магнитное поле соприкасается с проводником, в нем индуцируется электроток. Идентичный принцип действует и в случае, если рамка вращается относительно магнита, пересекая силовые линии.

Основные достоинства генераторов переменного тока

В электростанциях с синусоидальной подачей тока отсутствует реактивная мощность. То есть весь запас электроэнергии (с вычетом потерь на проводах) расходуется на нужды потребителя, а не на поддержание работоспособности устройства.

Плюсами использования генераторов переменного тока являются:

  • большая выходная мощность при одинаковых габаритах устройств постоянного и переменного тока;
  • выработка электроэнергии на низких скоростях вращения ротора;
  • проще конструкция и схема, соответственно, меньше узлов, нуждающихся в техобслуживании и ремонте;
  • конструкция токосъемного узла отличается большей надежностью;
  • больше эксплуатационный ресурс и меньше эксплуатационные затраты.

Дополнительное преимущество: агрегаты с трехфазным питанием можно использовать для питания высоковольтных потребителей.

Где применяются генераторы постоянного и переменного тока

Оба вида генераторов популярны в бытовой и промышленной сфере. Станции постоянного тока нашли применение в сфере транспорта. Так, в трамваях, троллейбусах обычно установлены двигатели, работающие на постоянном токе. Низковольтные устройства незаменимы для питания систем освещения в местах, где нет доступа к централизованной подачи электроэнергии.

Например, на борту самолетов. Если большая мощность — не основополагающая характеристика электростанции, то генераторы постоянного тока отлично справятся с питанием оборудования в учебных, медицинских учреждениях, лабораториях. Полноценные дизельные электростанции постоянного тока используются на аэродромах для зарядки и питания бортовых систем летной техники.

 

Электростанции переменного тока необходимы практически для всего остального. 99% того, что питается от централизованной сети — это устройства переменного тока. Соответственно, аварийное питание этих объектов так же должно осуществляться от соответствующего оборудования. 

Мototech специализируется на продаже электростанций различного типа. Поможем выбрать оптимальный вариант электростанции мощностью от 5 до 6000 кВА и конечно же, это будут электростанции переменного тока.

Мы обеспечим сопроводительные строительные и электромонтажные работы, грамотную пуско-наладку и обслуживание устройств.

С клиентами работают сотрудники с энергетическим образованием, поэтому квалифицированную информацию, ответы на вопросы и правильные расчеты характеристик в соответствии с вашими потребностями гарантируем.

Принцип работы генератора переменного и постоянного тока

Как известно, при прохождении тока через проводник (катушку) образуется магнитное поле. И, наоборот, при движении проводника вверх-вниз через линии магнитного поля возникает электродвижущая сила.

Если движение проводника медленное, то соответственно возникающий электрический ток будет слабым.

Значение тока прямо пропорционально напряженности магнитного поля, числу проводников, и соответственно скорости их движения.

Простейший генератор тока состоит из катушки, изготовленной в виде барабана, на которую намотана проволока. Катушка крепится на валу. Барабан с проволочной обмоткой еще называют якорем.

Как работает электрический генераторгенератор тока

Для снятия тока с катушки, конец каждого провода припаивается к токособирающим щеткам. Эти щетки должны быть полностью изолированы друг от друга.

Как работает электрический генераторЭлектрический мотор

Генератор переменного тока

Как работает электрический генераторгенератор переменного тока

При вращении якоря вокруг своей оси происходит изменение электродвижущей силы. Когда виток поворачивается на девяносто градусов сила тока максимальная. При следующем повороте падает к значению нуля.

Как работает электрический генераторгенератор переменного тока

Полный оборот витка в генераторе тока создает период тока или, другими словами, переменный ток.

Генератор постоянного тока

Как работает электрический генераторГенератор постоянного тока

Для получения постоянного тока используется переключатель. Он представляет собой разрезанное кольцо на две части, каждая из которых присоединена к разным виткам якоря. При правильной установке половинок кольца и токособирающих щеток, за каждый период изменения силы тока в устройстве, во внешнюю среду будет поступать постоянный ток.

Как работает электрический генераторГенератор постоянного тока

Крупный промышленный генератор тока имеет неподвижный якорь, именуемый статором. Внутри статора вращается ротор, создающий магнитное поле.

Обязательно прочитайте статьи про автомобильные генераторы:

В любом автомобиле есть генератор тока, работающий при движении машины для питания электрической энергией аккумулятора, систем зажигания, фар, радиоприемника и т.д. Обмотка возбуждения ротора является источником магнитного поля. Для того чтобы магнитный поток обмотки возбуждения подводился без потерь к обмотке статора, катушки помещают в специальные пазы стальной конструкции.

Как работает электрический генераторавтомобильный генератор тока

Таким образом, генератор тока является современным устройством, способный преобразовывать энергию механического движения в электрическую.

IT News

Дата Категория: Физика
Как работает электрический генератор

Генератор превращает механическую энергию в электрическую путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Электрический ток вырабатывается и тогда, когда силовые линии движущегося магнита пересекают витки проволочной катушки {рисунок справа). Электроны {голубые шарики) перемещаются по направлению к положительному полюсу магнита, а электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному. До тех пор, пока силовые линии магнитного поля пересекают катушку (проводник), в проводнике индуцируется электрический ток.

Аналогичный принцип работает и при перемещении проволочной рамки относительно магнита {дальний рисунок справа), т. е. когда рамка пересекает силовые линии магнитного поля.

Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивает, когда рамка удаляется. Каждый раз, когда рамка изменяет ориентацию относительно полюсов магнита, электрический ток также изменяет свое направление на противоположное.

Все то время, пока источник механической энергии вращает проводник (или магнитное поле), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.

Принцип действия генератора переменного тока

Простейший генератор переменного тока состоит из проволочной рамки, вращающейся между полюсами неподвижного магнита. Каждый конец рамки соединен со своим контактным кольцом, скользящим по электропроводной угольной щетке (рисунок над текстом).

Индуцированный электрический ток течет к внутреннему контактному кольцу, когда соединенная с ним половина рамки проходит мимо северного полюса магнита, и, наоборот, к внешнему контактному кольцу, когда мимо северного полюса проходит другая половина рамки.

Трехфазный генератор переменного тока

Как работает электрический генератор

Одним из наиболее экономически выгодных способов выработки сильного переменного тока является использование одного магнита, вращающегося относительно нескольких обмоток. В типичном трехфазном генераторе три катушки расположены равноудалено от оси магнита. Каждая катушка вырабатывает переменный ток, когда мимо нее проходит полюс магнита (правый рисунок).

Изменение направления электрического тока

Как работает электрический генератор

Когда магнит вдвигается в проволочную катушку, он индуцирует в ней электрический ток. Этот ток заставляет стрелку гальванометра отклоняться в сторону от нулевого положения. Когда магнит вынимается из катушки, электрический ток изменяет свое направление на противоположное, и стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону от нулевого положения.

Переменный ток

Как работает электрический генератор

Магнит не будет индуцировать электрический ток до тех пор, пока его силовые линии не начнут пересекать проволочную петлю. Когда полюс магнита вдвигается в проволочную петлю, в ней индуцируется электрический ток. Если магнит прекращает движение, электрический ток (голубые стрелки) также прекращается (средняя диаграмма). Когда магнит вынимается из проволочной петли, в ней индуцируется электрический ток, текущий в противоположном направлении.

Как работает электрогенератор

Как работает электрический генераторЭлектрогенератор – один из составляющих элементов автономной электростанции, а также многих других. По сути, он и является самым важным элементом, без которого невозможна выработка электрической энергии. Электрогенератор преобразует вращательную механическую энергию в электрическую. Принцип его действия основан на так называемом явлении самоиндукции, когда в проводнике (катушке), двигающемся в силовых линиях магнитного поля возникает электродвижущая сила (ЭДС), которую можно (для лучшего понимания вопроса) назвать электрическим напряжением (хотя это и не одно и то же).

Читайте также:  Как устроен электрический камин с эффектом пламени

Составными частями электрического генератора являются магнитная система (в основном используются электромагниты) и система проводников (катушек).

Первая создает магнитное поле, а вторая, вращаясь в нем, преобразует его в электрическое. Дополнительно в генераторе есть еще и система отвода напряжения (коллектор и щетки, соединение катушек определенным образом).

Она собственно связывает генератор с потребителями электрического тока.

Как работает электрический генератор

Получить электроэнергию можно и самому, проведя самый простейший опыт. Для этого нужно взять два разнополюсных магнита или повернуть два магнита разными полюсами друг к другу, и поместить между ними металлический проводник в виде рамки. К ее концам подключить небольшую (слабомощную) электрическую лампочку.

Если рамку начать вращать в ту или другую сторону, лампочка начнет светится, то есть на концах рамки появилось электрическое напряжение, а через ее спираль потек электрический ток.

Точно также происходит в электрогенераторе, стой лишь разницей, что в электрогенераторе более сложная система электромагнитов и намного сложнее катушка из проводников, обычно медных.

Электрогенераторы различаются как по типу привода, так и по виду выходного напряжения. По типу привода, который приводит его в движение:

  • Турбогенератор – приводится в движение при помощи паровой турбины или газотурбинного двигателя. В основном используются на больших (промышленных) электростанциях.
  • Гидрогенератор – приводится в движение при помощи гидравлической турбины. Применяется также на больших электростанциях, работающих посредством движения речной и морской воды.
  • Ветрогенератор – приводится в движение при помощи энергии ветра. Используется как в маленьких (частных) ветряных электростанциях, так и в больших промышленных.
  • Дизель-генератор и бензо-генератор приводятся в движение соответственно дизельным и бензиновым двигателем.

По виду выходного электрического тока:

  • Генераторы постоянного тока – на выходе получаем постоянный ток.
  • Генераторы переменного тока. Бывают однофазные и трехфазные, с однофазным и трехфазным выходным переменным током соответственно.

Различные типы генераторов имеют свои конструктивные особенности и практически несовместимые узлы. Объединяет их лишь общий принцип создания электромагнитного поля путем взаимного вращения одной системы катушек относительно другой либо относительно постоянных магнитов. Ввиду этих особенностей ремонт генераторов или их отдельных компонентов под силу только квалифицированным специалистам.

Электрические генераторы

Как работает электрический генератор

Генераторы — электрические машины производящие электроэнергию

Электрогенераторы — это электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую энергию.

Действие электрических генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила — ЭДС. 

Электрические генераторы могут производить как постоянный, так и переменный ток. Слово генератор (generator) переводится с латыни как производитель.

Известными поставщиками генераторов на мировой рынок являются такие компании как: Mecc Alte, ABB, General Electric (GE), Siemens AG.

Электрические  генераторы постоянного тока 

Долгое время электрические генераторы постоянного тока были единственными типом источника электроэнергии.

В обмотке якоря генератора постоянного тока индуктируется переменный ток, который преобразуется в постоянный ток электромеханическим выпрямителем — коллектором. Однако процесс выпрямления тока коллектором связан с повышенным износом коллектора и щеток, особенно при большой частоте вращения якоря генератора.

Как работает электрический генератор

1– коллектор; 2 – щетки; 3 – магнитные полюса; 4 – витки; 5 – вал; 6 – якорь 

Генераторы постоянного тока различают по характеру их возбуждения — независимого возбуждения и самовозбуждением.

В генераторах с электромагнитным возбуждением обмотка возбуждения, располагаемая на главных полюсах, подключается к независимому источнику питания.

Генераторы с магнитоэлектрическим возбуждением возбуждаются постоянными магнитами, из которых изготовляются полюсы машины.

Генераторы постоянного тока находят применение в тех отраслях промышленности, где по условиям производства предпочтительным является постоянный ток — на предприятиях металлургической и электролизной промышленности, на транспорте, судах и др. Генераторы постоянного тока используются на электростанциях в качестве возбудителей синхронных генераторов и источников постоянного тока.

Мощность генераторов постоянного тока может достигать десятка мегаватт.

Генераторы переменного тока

Генераторы переменного тока позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении. В настоящее время имеется несколько типов индукционных генераторов.

Они состоят из электромагнита или постоянного магнита, создающие магнитное поле, и обмотки, в которой индуцируется переменная ЭДС. Так как ЭДС, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу витков в ней.

Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока через каждый виток. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали.

Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, — в пазах другого. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси.

Поэтому он называется ротором.

Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим. Этим обеспечивается наибольшее значение потока магнитной индукции. В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными.

Подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходится при помощи скользящих контактов. Для этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки. Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью.

Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту.

Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том же валу.

В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны. Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.

Обмотки возбуждения синхронных генераторов бывают двух типов: с явнополюсными и неявнополюсными роторами. В генераторах с явнополюсными роторами полюса, несущие обмотки возбуждения, выступают из индуктора.

Генераторы такого типа рассчитаны на сравнительно низкие частоты вращения, для работы с приводом от поршневых паровых машин, дизельных двигателей, гидротурбин. Паровые и газовые турбины используются для привода синхронных генераторов с неявнополюсными роторами.

Ротор такого генератора представляет собой стальную поковку с фрезерованными продольными пазами для витков обмотки возбуждения, которые обычно выполняются в виде медных пластин.

Витки закрепляются в пазах, а поверхность ротора шлифуется и полируется для снижения уровня шума и потерь мощности, связанных с сопротивлением воздуха.

Обмотки генераторов по большей части делают трехфазными — на выходных зажимах генератора вырабатываются три синусоидальных напряжения переменного тока, поочередно достигающих своего максимального амплитудного значения. В механике редко встречается подобное сочетание движущихся частей, которые могли бы порождать энергию столь же непрерывно и экономично.

Мощные синхронные генераторы охлаждаются водородом. Современный генератор электрического тока — это внушительное сооружение из медных проводов, изоляционных материалов и стальных конструкций. При размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготовляются с точностью до миллиметра. 

Дополнительная тематическая информация: турбогенераторы

«Как работает генератор переменного тока?» – Яндекс.Кью

Генератор переменного тока превращает механическую энергию в электрическую, путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Электрический ток вырабатывается и тогда, когда силовые линии движущегося магнита пересекают витки проволочной катушки.

Электроны перемещаются по направлению к положительному полюсу магнита, а электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному. До тех пор, пока силовые линии магнитного поля пересекают катушку (проводник), в проводнике индуцируется электрический ток.

Аналогичный принцип работает и при перемещении проволочной рамки относительно магнита, когда рамка пересекает силовые линии магнитного поля. Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивает, когда рамка удаляется.

Каждый раз, когда рамка изменяет ориентацию относительно полюсов магнита, электрический ток также изменяет свое направление на противоположное. Все то время, пока источник механической энергии вращает проводник (или магнитное поле), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.

Асинхронный двигатель состоит из статора — неподвижной части в которой крепится одна часть намоток(катушек) из проводов и ротора — подвижная часть, вал на котором крепится вторая часть намоток.

Намотки на валу к электросети не подключаются, а намотки статора подключается к электросети переменного тока. При появлении тока в катушках статора создаётся магнитное поле, а за счёт того, что ток переменный, магнитное поле изменяется. Из-за этого изменения возникают магнитные потоки, действующие на ротор, заставляющие его вращаться.

Прочитать ещё 1 ответУчёный, педагог, аспирант, ведущий инженер в области радиосвязи

Принцип работы достаточно простой.

В трансформаторе первичная и вторичная катушки соединены сердечником, первичная катушка находится в зарядке и создаёт изменяющееся магнитное поле которое возбуждает эдс (электричество) во второй катушке которое после некоторых преобразований поступает на аккумулятор вашего устройства.

Во времена всеобщей лжи говорить правду — это экстремизм

В моменты торможения основной двигатель электромобиля работает в режиме рекуперации, то есть отдаёт энергию обратно на аккумулятор.

Эта технология придумана далеко не вчера, такое же было и в гибридных авто и даже в электричках это используется. Уже десятки лет электрички тоже отдают энергию обратно в сеть, при торможении. Генератор не нужен, он лишь снизит общий КПД системы, отнимая мощность двигателя.

Таким образом, основной движок как раз и работает в режиме генератора лишь тогда, когда это имеет смысл.

Прочитать ещё 35 ответов

Магнитное поле состоит из виртуальных фотонов магнитного типа. Работает очень просто. Виртуальный фотон, попадая в объект, который способен его поглотить, передаёт этому объекту соответствующие энергию, импульс, момент импульса.

Именно так передаётся энергия от первичной обмотки трансформатора ко вторичной обмотке.

к.п.н., широкий круг интересов

Энергия — физическая величина, характеризующая состояние системы, общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Если на физическую систему воздействовать силой, то энергия системы меняется.

Читайте также:  Как проверить симистор

Физическая величина «работа» является мерой действия силы, мерой изменения энергии системы. В результате совершения работы могут меняться потенциальная, кинетическая, внутренняя и другие виды энергии.

Например, если деформировать пружину, меняется ее потенциальная энергия, при этом совершается работа по деформации пружины. Когда меняется скорость автомобиль, меняется его кинетическая энергия в результате совершения работы газов горючей смеси в цилиндре.

Если сжать газ, меняется его внутренняя энергия в результате совершения работы по сжатию газа. Электрического тока в проводнике возникает в результате совершения работы сторонними силами в источнике тока и т.д. Совершение работы не является единственным способом изменения энергии системы.

Она может меняться также в результате передачи энергии другой системе. Но в целом энергия не возникает из ничего и не исчезает, она может только переходить из одной формы в другую, передаваться от одной системы другой.

Прочитать ещё 1 ответ

Индукционный генератор — Induction generator

Асинхронный генератор или асинхронный генератор представляет собой тип переменного тока (AC) электрический генератор , который использует принципы асинхронных двигателей для производства электроэнергии. Индукционные генераторы работают механически поворачивая их роторы быстрее , чем синхронная скорость.

Регулярный асинхронный двигатель переменного тока , как правило , может быть использован в качестве генератора, без каких — либо внутренних модификаций.

Асинхронные генераторы могут быть использованы в таких приложениях, как мини — гидро — электростанции, ветровые турбины, или в снижении газовых потоков высокого давления с более низким давлением, потому что они могут восстановить энергию с относительно простого управления.

Асинхронный генератор , как правило , получает энергию возбуждения от электрической сети. Из — за этого, индукционные генераторы не может , как правило , « черный старт » система распределения обесточено. Иногда, однако, они самовозбуждение с помощью конденсаторов поэтапной коррекции.

Принцип действия

Асинхронный генератор вырабатывает электрическую энергию , когда его ротор включается быстрее , чем синхронная скорость . Для типичного четыре-полюсного двигателя (две пары полюсов на статоре) , работающего на частоте 60 Гц электрической сети с, синхронная частота вращения составляет 1800 оборотов в минуту (RPM).

Же четыре-полюсный двигатель работает на сетке 50 Гц будет иметь синхронную скорость 1500 оборотов в минуту. Двигатель обычно оказывается немного медленнее , чем синхронная скорость; разница между синхронной и рабочей скорости, называется «проскальзывание» и обычно выражается в процентах от синхронной скорости.

Например, двигатель работает при 1450 оборотов в минуту , который имеет синхронной скорости 1500 оборотов в минуту работает на листке + 3,3%.

При нормальной работе двигателя, вращение потока статора быстрее , чем вращение ротора. Это вызывает поток статора для индукции ротора токи, которые создают поток ротора с магнитной полярности , противоположной статора. Таким образом, ротор валяется позади потока статора, с токами в роторе , индуцированной на частоте скольжения.

В процессе работы генератора, первичный двигатель (турбину или двигатель) приводит в движение ротор выше синхронной скорости (отрицательный) скольжения.

Поток статора все еще индуцирует тока в роторе, но так как противостоящий поток ротора теперь резки катушки статора, активный ток в катушках статора и двигатель в настоящее время работает как генератор, посылая энергию назад к электрической сети.

возбуждение

Эквивалентная схема индукционного генератора

Асинхронная машина требует извне подаваемого тока якоря. Поскольку поле ротора всегда отстает от статора поля, индукция машина всегда «потребляет» реактивную мощность , независимо от того, является ли он работает в качестве генератора или двигателя.

Источник тока возбуждения намагничивающего потока (реактивная мощность) для статора все еще требуется, чтобы вызвать ток ротора. Это может подаваться от электрической сети или, как только он начинает получать энергию от самого генератора.

Асинхронная машина может быть запущена заряжая конденсаторы с источником постоянного тока, в то время как генератор, как правило, обращаются на уровне или выше порождающих скорости. После того, как источник постоянного тока удален конденсаторы будут обеспечивать ток намагничивания, необходимый для начала производства напряжения.

Асинхронная машина, которая в последнее время работает также может самопроизвольно напряжения и ток из-за остаточный магнетизм, оставшимся в ядре.

активная мощность

Активная мощность доставлены в линии пропорциональна скольжению выше синхронной скорости. Полная номинальная мощность генератора достигается при очень малых значениях скольжения (в зависимости от двигателя, как правило, 3%).

При синхронной скорости 1800 оборотов в минуту, генератор не будет производить никакой силы. Когда скорость движения увеличивается до 1860 оборотов в минуту (типичный пример), полный выходной мощности производится.

Если первичный двигатель не может производить достаточно энергии, чтобы полностью управлять генератором, скорость останется где-то между 1800 и 1860 диапазоном оборотов.

Требуемая емкость

Конденсаторная батарея должна предоставить реактивную мощность двигателя при использовании в автономном режиме. Реактивная мощность подается должна быть равна или больше , чем реактивная мощность , что машина обычно рисует при работе в качестве двигателя.

Крутящий момент против скольжения

Основные фундаментальные индукционных генераторов является преобразование между механической энергии в электрическую энергию. Это требует внешнего вращающего момента , приложенного к ротору , чтобы повернуть его быстрее , чем синхронной скорости.

Тем не менее, увеличение крутящего момента на неопределенный срок , не приводит к неопределенному увеличению выработки электроэнергии.

Вращающееся поле магнитного момент возбуждается от якоря работает , чтобы противодействовать движение ротора и предотвращение чрезмерной скорости из — за индуцированное движение в противоположном направлении.

По мере того как скорость вращения двигателя увеличивается счетчик крутящего момент достигает максимальное значение крутящего момента (опрокидывающий момент) , что она не может работать до тех пор , прежде чем рабочие условия становятся нестабильными. В идеале, индукционные генераторы лучше всего работают в стабильной области между состоянием без нагрузки и максимального крутящего момента области.

Максимальный ток сквозного

На практике и без учета этого понятия во внимание, многие пользователи безуспешно применить эти принципы к фактическому развертыванию.

Почти в каждом случае, при той же активной сеточного напряжения, сила, которая производит генератор больше, чем мощность он потребляет, когда он находится на двигателе, полностью нагруженном состоянии, его номинальной мощности.

Иногда различие в нескольких сгибах. Чем выше мощность приведет к более высокой силе тока.

Для длительной работы, и подразумевается в его гарантии, каждый двигатель имеет «максимальный ток сквозной». Это значение силы тока, то плотность тока , происходят от максимального сквозного тока свойства внутреннего медного провода магнита и комбинированной конфигурации их соединений.

Без открытия до единицы , чтобы исследовать внутреннюю установку медных проводов, а разделение мощности его номинальной мощности по его номинальному напряжению может дать пользователям некоторые чувства его значения (W / V = A, где W является его номинальной мощностью в Вт, в является его номинальным напряжением, и а представляет собой значение силы тока).

Таким образом, требование сделать блок генерировать больше энергии, чем это номинальное должно быть более внимательно изучить.

Сетка и автономные соединения

Типичные соединения при использовании в качестве автономного генератора

В индукционных генераторах, требуется реактивная мощность для установления воздушного зазора магнитного потока обеспечиваются конденсаторной батареей , подключенной к машине в случае автономной системы , так и в случае присоединения он привлекает реактивную мощность от сети , чтобы поддерживать его воздушный зазор поток. Для системы подключенных к сети, частота и напряжение на машине будут продиктованы электрической сетью, так как она очень мала по сравнению со всей системой. Для автономных систем, частота и напряжения являются сложной функцией параметров машины, емкость используется для возбуждения, а значение нагрузки и типа.

Пользы

Индукционные генераторы часто используются в ветровых турбинах и некоторых микро гидроэнергетических установок из — за их способность производить полезную мощность при различной частоте вращения ротора. Индукционные генераторы механически и электрически проще , чем другие типы генераторов. Кроме того, они более прочные, не требуя никаких щеток или коммутаторов .

Ограничения

Асинхронный генератор подключен к системе конденсатора может генерировать достаточную реактивную мощность для работы на своем собственном.

Когда ток нагрузки превышает возможности генератора для подачи как намагниченность реактивной мощности и мощности нагрузки генератор будет немедленно прекратить для производства электроэнергии.

Нагрузка должна быть удалена, и асинхронный генератор перезапускается либо с источником постоянного тока, или если он присутствует, остаточный магнетизм в ядре.

Асинхронные генераторы особенно пригодны для генерирующих станций ветра, как и в этом случае скорость всегда является переменным фактором. В отличие от синхронных двигателей, асинхронные генераторы в зависимости от нагрузки и не может использоваться только для управления частотой сетки.

Пример применения

В качестве примера, рассмотрим использование 10 л.с., 1760 об / мин, 440 В, трехфазный асинхронный двигатель, как асинхронный генератор. Тока при полной нагрузке двигателя составляет 10 А, а коэффициент мощности при полной нагрузке составляет 0,8.

Требуемая емкость на фазу, если конденсаторы соединены в треугольник:

Полная мощность S = √ 3 EI = 1,73 × 440 × 10 = 7612 ВА
Активная мощность P = S Cos в = 7612 × 0,8 = 6090 Вт

Реактивная мощность Q = = 4567 ВАР S 2 — п 2 { Displaystyle { SQRT {S ^ {2} -Р ^ {2}}}}

Для машины, чтобы работать как асинхронный генератор, конденсатор банк должен поставить минимальные 4567/3 фазы = 1523 VAR на фазу. Напряжение на конденсаторе 440 В, поскольку конденсаторы соединены в треугольник.

Емкостный ток Ic = Q / Е = 1523/440 = 3,46
Емкостное реактивное сопротивление на фазу Xc = E / Ic = 127 Ом

Минимальная емкость на фазы:

C = 1 / (2 * π * F * Xc) = 1 / (2 * 3,141 * 60 * 127) = 21 мкФ.

  • Если нагрузка также поглощает реактивную мощность, конденсаторный банк должен быть увеличен в размере, чтобы компенсировать.
  • Prime скорость движителя должна быть использована для генерации частоты 60 Гц:
  • Как правило, скольжение должно быть похоже на значение полной нагрузки, когда машина работает в качестве двигателя, но отрицательной (работу генератора):

если Ns = 1800, можно выбрать N = Ns + 40 оборотов в минуту
Требуемая скорость простой двигатель N = 1800 + 40 = 1840 оборотов в минуту.

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

  • Электрические машины, приводы и Power Systems , 4 — е издание, Теодор Wildi, Prentice Hall, ISBN  0-13-082460-7 , стр 311-314.

внешняя ссылка

  • Тестирование автономных и присоединенной асинхронный генератор

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector