Как работи генератор на електрически ток? Откъде идва електричеството? Източници на електричество

Електрическият ток е основният вид енергия, който извършва полезна работа във всички сфери на човешкия живот. Той задвижва различни механизми, осигурява светлина, отоплява къщи и оживява цял набор от устройства, които осигуряват комфортното ни съществуване на планетата. Наистина този вид енергия е универсален. Можете да получите всичко от него и дори голямо разрушение, ако се използва неправилно.

Но имаше време, когато електрическите ефекти все още присъстваха в природата, но не помагаха на хората по никакъв начин. Какво се промени оттогава? Хората започнаха да изучават физическите явления и излязоха с интересни машини - преобразуватели, които като цяло направиха революционен скок в нашата цивилизация, позволявайки на човек да получава една енергия от друга.

Ето как хората се научиха да генерират електричество от обикновен метал, магнити и механично движение - това е всичко. Изградени са генератори, способни да произвеждат колосални енергийни потоци, възлизащи на мегавати. Но интересно е, че принципът на работа на тези машини не е толкова сложен и може да бъде напълно разбираем дори за тийнейджър. Какво е? Нека се опитаме да разберем този проблем.

Ефект на електромагнитна индукция

Основата за появата на електрически ток в проводник е електродвижещата сила - ЕМП. Той е в състояние да предизвика движение на заредени частици, каквито има много във всеки метал. Тази сила се появява само ако проводникът изпитва промяна в интензитета на магнитното поле. Самият ефект се нарича електромагнитна индукция. Колкото по-голяма е скоростта на промяна на потока от магнитни вълни, толкова по-голяма е ЕДС. Тоест, можете да преместите проводник близо до постоянен магнит или да повлияете на неподвижен проводник с полето на електромагнит, променяйки неговата сила, ефектът ще бъде същият - в проводника ще се появи електрически ток.

Учените Ерстед и Фарадей работят по този въпрос през първата половина на 19 век. Те откриха и този физически феномен. Впоследствие са създадени генератори на ток и електродвигатели на базата на електромагнитна индукция. Интересното е, че тези машини могат лесно да се преобразуват една в друга.

Как работят DC и AC генераторите?

Ясно е, че генераторът на електрически ток е електромеханична машина, която произвежда ток. Но всъщност това е преобразувател на енергия: вятър, вода, топлина, всичко в ЕМП, което вече предизвиква ток в проводника. Дизайнът на всеки генератор по същество не се различава от затворена проводяща верига, която се върти между полюсите на магнит, както в първите експерименти на учените. Само големината на магнитния поток, създаден от мощни постоянни или по-често електрически магнити, е много по-голяма. Затворената верига има формата на многооборотна намотка, от която в модерен генератор няма една, а поне три. Всичко това се прави, за да се получи възможно най-голямото ЕМП.

Стандартен AC (или DC) електрически генератор се състои от:

  • Корпуси. Изпълнява функцията на рамка, вътре в която е монтиран статор с електромагнитни полюси. Съдържа търкалящи лагери на вала на ротора. Изработен е от метал, предпазва и целия вътрешен пълнеж на машината.
  • Статор с магнитни полюси.Към него е прикрепена намотката за възбуждане на магнитния поток. Изработен е от феромагнитна стомана.
  • Ротор или арматура.Това е движещата се част на генератора, чийто вал се задвижва във въртене от външна сила. На сърцевината на котвата е поставена намотка за самовъзбуждане, където се генерира електрически ток.
  • Комутационен възел.Този конструктивен елемент служи за отстраняване на електричество от подвижния вал на ротора. Той включва проводими пръстени, които са подвижно свързани с графитни контакти за събиране на ток.

Създаване на постоянен ток

В генератор, произвеждащ постоянен ток, проводящата верига се върти в пространството на магнитно насищане. Освен това за определен момент на въртене всяка половина от веригата се оказва близо до един или друг полюс. Зарядът в проводника се движи в една посока по време на този полузавъртане.

За да се постигне отстраняване на частиците, се прави механизъм за отстраняване на енергия. Неговата особеност е, че всяка половина на намотката (рамката) е свързана към проводящ полупръстен. Полупръстените не са затворени един към друг, а са фиксирани към диелектричен материал. През периода, когато една част от намотката започне да преминава през определен полюс, полупръстенът се затваря в електрическата верига чрез четкови контактни групи. Оказва се, че към всеки терминал идва само един вид потенциал.

Би било по-правилно енергията да се нарече не постоянна, а пулсираща, с постоянна полярност. Пулсациите се причиняват от факта, че магнитният поток върху проводника по време на въртене има както максимално, така и минимално влияние. За да се изравни тази пулсация, се използват няколко намотки на ротора и мощни кондензатори на входа на веригата. За да се намалят загубите на магнитен поток, разстоянието между арматурата и статора е сведено до минимум.

Верига на алтернатора

Когато движещата се част на устройството за генериране на ток се върти, ЕМП също се индуцира в проводниците на рамката, както при генератор на постоянен ток. Но има малка особеност - генераторът на променлив ток има различен дизайн за колекторния блок. В него всяка клема е свързана със собствен проводящ пръстен.

Принципът на работа на генератор за променлив ток е следният: когато половината от намотката минава близо до един полюс (другата, съответно, близо до противоположния полюс), токът се движи във веригата в една посока от минималната до най-високата стойност и пак на нула. Веднага щом намотките променят позицията си спрямо полюсите, токът започва да се движи в обратна посока със същия модел.

В този случай на входа на веригата се получава сигнална форма под формата на синусоида с честота на половин вълна, съответстваща на периода на въртене на вала на ротора. За да се получи стабилен сигнал на изхода, където честотата на алтернатора е постоянна, периодът на въртене на механичната част трябва да бъде постоянен.

тип газ

Конструкции на генератори на ток, където вместо метална рамка като носител на заряд се използва проводима плазма, течност или газ, се наричат ​​MHD генератори. Веществата под налягане се задвижват в поле с магнитен интензитет. Под въздействието на същата индуцирана ЕДС, заредените частици придобиват насочено движение, създавайки електрически ток. Големината на тока е право пропорционална на скоростта на преминаване през магнитния поток, както и на неговата мощност.

MHD генераторите имат по-просто конструктивно решение - те нямат механизъм за въртене на ротора. Такива захранвания са в състояние да доставят големи количества енергия за кратки периоди от време. Те се използват като резервни устройства и в аварийни ситуации. Коефициентът, който определя полезното действие (КПД) на тези машини е по-висок от този на електрически генератор за променлив ток.

Синхронен генератор на променлив ток

Има следните видове генератори за променлив ток:

  • Машините са синхронни.
  • Машините са асинхронни.

Синхронният алтернатор има строга физическа връзка между въртеливото движение на ротора и електричеството. В такива системи роторът е електромагнит, сглобен от ядра, полюси и вълнуващи намотки. Последните се захранват от източник на постоянен ток чрез четки и пръстеновидни контакти. Статорът е намотка от тел, свързана помежду си по принципа на звездата с обща точка - нула. В тях вече се индуцира ЕМП и се генерира ток.

Роторният вал се задвижва от външна сила, обикновено турбини, чиято честота е синхронизирана и постоянна. Електрическата верига, свързана към такъв генератор, е трифазна верига, чиято честота на тока в отделна линия е фазово изместена на 120 градуса спрямо другите линии. За да се получи правилната синусоида, посоката на магнитния поток в пролуката между частите на статора и ротора се контролира от дизайна на последния.

Алтернаторът се възбужда по два метода:

  1. Контакт.
  2. Безконтактно.

В контактна верига за възбуждане електричеството се подава към намотките на електромагнита чрез двойка четки от друг генератор. Този генератор може да се комбинира с главния вал. Обикновено има по-малка мощност, но достатъчна, за да създаде силно магнитно поле.

Безконтактният принцип предвижда, че синхронният генератор на променлив ток на вала има допълнителни трифазни намотки, в които по време на въртене се индуцира ЕДС и се генерира електричество. Подава се през изправителна верига към възбудителните намотки на ротора. Структурно такава система няма движещи се контакти, което опростява системата, което я прави по-надеждна.

Асинхронен генератор

Има асинхронен генератор за променлив ток. Устройството му се различава от синхронното. Той няма точна зависимост на ЕМП от честотата, с която се върти валът на ротора. Има такова понятие като „приплъзване S“, което характеризира тази разлика във влиянието. Размерът на приплъзването се определя чрез изчисление, така че е погрешно да се мисли, че няма модел на електромеханичния процес в асинхронен двигател.

Ако генератор, работещ на празен ход, е натоварен, токът, протичащ в намотките, ще създаде магнитен поток, който предотвратява въртенето на ротора с дадена честота. Това създава приплъзване, което естествено влияе върху генерирането на ЕМП.

Модерен асинхронен генератор на променлив ток има устройство с подвижна част в три различни дизайна:

  1. Кух ротор.
  2. Ротор с катерица.
  3. Плъзгащ ротор.

Такива машини могат да имат самостоятелно и независимо възбуждане. Първата верига се изпълнява чрез включване на кондензатори и полупроводникови преобразуватели в намотката. Възбуждането от независим тип се създава от допълнителен източник на променлив ток.

Схеми на свързване на генератора

Всички мощни източници на енергия за електропроводи произвеждат трифазен електрически ток. Те съдържат три намотки, в които се генерират променливи токове с фазово изместване един спрямо друг с 1/3 от периода. Ако разгледаме всяка отделна намотка на такъв източник на енергия, получаваме еднофазен променлив ток, протичащ в линията. Генераторът може да произведе напрежение от десетки хиляди волта. потребителят получава от разпределителния трансформатор.

Всеки генератор на променлив ток има стандартно устройство за навиване, но има два вида свързване към товара:

  • звезда;
  • триъгълник.

Принципът на работа на генератор за променлив ток, свързан в звезда, включва комбиниране на всички проводници (неутрални) в един, който преминава от товара обратно към генератора. Това се дължи на факта, че сигналът (електрически ток) се предава главно през изходящия намотаващ проводник (линеен), който се нарича фаза. На практика това е много удобно, тъй като не е необходимо да дърпате три допълнителни проводника, за да свържете консуматора. Напрежението между линейните проводници и линейните и неутралните проводници ще бъде различно.

Чрез свързване на намотките на генератора с триъгълник, те се затварят една към друга последователно в една верига. От техните точки на свързване линиите се изчертават към потребителя. Тогава изобщо няма нужда от неутрален проводник и напрежението на всяка линия ще бъде същото, независимо от товара.

Предимството на трифазния ток пред монофазния е по-ниската му пулсация при изправяне. Това има положителен ефект върху захранваните устройства, особено двигателите с постоянен ток. Освен това трифазният ток създава поток от въртящо се магнитно поле, което е в състояние да управлява мощни асинхронни двигатели.

Къде са приложими DC и AC генераторите?

DC генераторите са значително по-малки по размер и тегло от AC машините. Имайки по-сложен дизайн от последния, те все пак са намерили приложение в много индустрии.

Те се използват главно като високоскоростни задвижвания в машини, където се изисква контрол на скоростта, например в металообработващи механизми, минни асансьори и валцови мелници. В транспорта такива генератори се монтират на дизелови локомотиви и различни кораби. Много модели вятърни генератори се сглобяват на базата на източници на постоянно напрежение.

Генераторите за постоянен ток със специално предназначение се използват в заваряването, за възбуждане на намотките на генератори от синхронен тип, като усилватели на постоянен ток, за захранване на галванични и електролизни инсталации.

Целта на алтернатора е да генерира електричество в индустриален мащаб. Този вид енергия е даден на човечеството от Никола Тесла. Защо се използва широко ток с промяна на полярността, а не постоянен ток? Това се дължи на факта, че при предаване на постоянно напрежение има големи загуби в проводниците. И колкото по-дълъг е проводникът, толкова по-големи са загубите. AC напрежението може да се транспортира на огромни разстояния на много по-ниска цена. Освен това можете лесно да преобразувате променливото напрежение (намаляване и увеличаване), което е генерирано от 220 V генератор.

Заключение

Човекът не е разбрал напълно какво прониква във всичко около него. А електрическата енергия е само малка част от откритите тайни на Вселената. Машините, които наричаме генератори на енергия, са много прости по същество, но това, което могат да направят за нас, е просто невероятно. И все пак истинското чудо тук не е в техниката, а в човешката мисъл, която успя да проникне в неизчерпаемия резервоар от идеи, разлят в космоса!

Електрически генератор– един от съставните елементи на автономна електроцентрала, както и много други. Всъщност това е най-важният елемент, без който производството на електрическа енергия е невъзможно. Електрическият генератор преобразува ротационната механична енергия в електрическа. Принципът на неговото действие се основава на така наречения феномен на самоиндукция, когато в проводник (намотка), движещ се в линиите на магнитното поле, възниква електродвижеща сила (ЕМС), която може (за по-добро разбиране на въпроса) се нарича електрическо напрежение (въпреки че това не е едно и също нещо).

Компонентите на електрическия генератор са магнитна система (използват се главно електромагнити) и система от проводници (бобини). Първият създава магнитно поле, а вторият, въртящ се в него, го преобразува в електрическо. Освен това генераторът има и система за отвеждане на напрежението (комутатор и четки, свързващи намотките по определен начин). Той всъщност свързва генератора с електрическите консуматори.

Можете сами да получите електричество, като извършите най-простия експеримент. За да направите това, трябва да вземете два магнита с различни полярности или да завъртите два магнита с различни полюси един към друг и да поставите метален проводник под формата на рамка между тях. Свържете малка крушка (с ниска мощност) към краищата му. Ако започнете да въртите рамката в една или друга посока, крушката ще започне да свети, тоест в краищата на рамката се появява електрическо напрежение и през нейната спирала протича електрически ток. Същото се случва в електрически генератор, единствената разлика е, че електрическият генератор има по-сложна система от електромагнити и много по-сложна намотка от проводници, обикновено медни.

Електрическите генератори се различават както по вида на задвижването, така и по вида на изходното напрежение. По тип задвижване, което го задвижва:

  • Турбогенератор – задвижван от парна турбина или газотурбинен двигател. Използва се главно в големи (промишлени) електроцентрали.
  • Хидрогенератор – задвижван от хидравлична турбина. Използва се и в големи електроцентрали, работещи чрез движение на речна и морска вода.
  • Вятърен генератор – задвижван от вятърна енергия. Използва се както в малки (частни) вятърни електроцентрали, така и в големи индустриални.
  • Дизеловият генератор и бензиновият генератор се задвижват съответно от дизелов и бензинов двигател.

По вид изходен електрически ток:

  • DC генератори - изходът е постоянен ток.
  • Генератори за променлив ток. Има монофазни и трифазни, съответно с монофазен и трифазен AC изход.

Различните видове генератори имат свои собствени конструктивни характеристики и практически несъвместими компоненти. Те са обединени само от общия принцип за създаване на електромагнитно поле чрез взаимно въртене на една система от намотки спрямо друга или спрямо постоянни магнити. Поради тези характеристики само квалифицирани специалисти могат да ремонтират генератори или отделни техни компоненти.

Днес няма нито една област на технологиите, където електричеството да не се използва под една или друга форма. Междувременно видът на тока, който ги захранва, е свързан с изискванията към електрическите устройства. И въпреки че днес променливият ток е много разпространен в целия свят, все пак има области, където постоянният ток просто не може да се използва.

Първите източници на използваем постоянен ток бяха галванични клетки, които по принцип произвеждаха химически точно, което представлява поток от електрони, движещи се в една постоянна посока. Ето защо получава името си "постоянен ток".

Днес постоянният ток се получава не само от батерии и акумулатори, но и чрез изправяне на променлив ток. Именно за това къде и защо се използва постоянен ток в нашата епоха ще бъде обсъдено в тази статия.

Да започнем с тяговите двигатели на електрически превозни средства. Метрото, тролейбусите, моторните кораби и електрическите влакове традиционно се задвижват от двигатели, задвижвани от постоянен ток. първоначално се различават от двигателите с променлив ток по това, че могат плавно да променят скоростта, като същевременно поддържат висок въртящ момент.

Променливото напрежение се изправя в тяговата подстанция, след което се подава към контактната мрежа - така се получава постоянен ток за градския електротранспорт. На моторните кораби електричеството за захранване на двигателите може да бъде получено от постояннотокови дизелови генератори.

Електрическите превозни средства също използват постояннотокови двигатели, които се захранват от батерия, като тук отново получаваме предимството на бързо развиване на задвижващия въртящ момент и имаме още едно важно предимство - възможността за регенеративно спиране. В момента на спиране двигателят се превръща в DC генератор и се зарежда.


Мощните кранове в металургичните заводи, където е необходимо плавно да се справят с огромни размери и чудовищна маса кофи с разтопен метал, използват постояннотокови двигатели, отново поради отличната им регулируемост. Същото предимство се отнася и за използването на постояннотокови двигатели в крачещи багери.


Безчетковите постояннотокови двигатели са способни да развиват огромни скорости на въртене, измерени в десетки и стотици хиляди обороти в минута. По този начин малките високоскоростни постояннотокови електрически двигатели се инсталират на твърди дискове, квадрокоптери, прахосмукачки и др. Те също са незаменими като стъпкови задвижвания за управление на различни шасита.


Простото преминаване на електрони и йони в една посока при постоянен ток прави постоянния ток фундаментално незаменим.

Реакцията на разлагане в електролита, под въздействието на постоянен ток в него, позволява определени елементи да се отлагат върху електродите. Така се получават алуминий, магнезий, мед, манган и други метали, както и газове: водород, флуор и др., както и много други вещества. Благодарение на електролизата, тоест по същество постоянен ток, има цели отрасли на металургията и химическата промишленост.


Галванопластиката е немислима без постоянен ток. Металите се отлагат върху повърхността на продукти с различни форми, като по този начин се извършва по-специално хромиране и никелиране, създават се печатни форми и метални паметници. Какво можем да кажем за използването на галванизация в медицината за лечение на заболявания.


Заваряването с постоянен ток е много по-ефективно, отколкото с променлив ток, заваръчният шев е много по-качествен, отколкото при заваряване на същия продукт със същия електрод, но с променлив ток. Всички съвременни подават постоянно напрежение към електрода.


Мощни дъгови лампи, инсталирани във филмови прожектори на множество професионални филмови студия, осигуряват равномерна светлина без бръмчаща дъга, точно защото дъгата се захранва от постоянен ток. Светодиодите се захранват основно от постоянен ток, поради което повечето от днешните прожектори се захранват от постоянен ток, въпреки че се получава чрез преобразуване на променлив ток от мрежата или от батерии (което понякога е много удобно).


Въпреки че двигателят с вътрешно горене на автомобила се захранва с бензин, той стартира от акумулатор. И тук има постоянен ток. Стартерът получава захранване от батерия с напрежение 12 волта, а в момента на стартиране поема от нея ток от десетки ампери.

След стартиране акумулаторът в автомобила се зарежда от генератор, който произвежда променлив трифазен ток, който веднага се изправя и подава към клемите на акумулатора. Не можете да зареждате батерия с променлив ток.


Какво ще кажете за резервните захранвания? Дори ако огромна електроцентрала бъде спряна поради авария, тогава спомагателните батерии ще помогнат за стартирането на турбогенераторите. И най-простите домашни непрекъсваеми захранвания за компютри също не могат без батерии, които осигуряват постоянен ток, от който се получава променлив ток чрез преобразуване в инвертор. И сигналните лампи и - почти навсякъде се захранват от батерии, тоест постоянният ток е полезен и тук.


Подводницата също използва постоянен ток на борда за захранване на електрически мотор, който върти витлото. Въпреки че въртенето на турбогенератора на най-модерните кораби с ядрена енергия се постига чрез ядрени реакции, електричеството се подава към двигателя под формата на същия постоянен ток. Същото важи и за дизел-електрическите подводници.


И разбира се, не само електрическите минни локомотиви, товарачи или електрически автомобили използват постоянен ток от батерии. Всички електронни джаджи, които носим със себе си, съдържат литиеви батерии, които осигуряват постоянно напрежение и се зареждат с постоянен ток от зарядни устройства. И ако си спомните радиокомуникациите, телевизията, радиото и телевизионното излъчване, интернет и т.н. Всъщност се оказва, че голяма част от всички устройства се захранват пряко или косвено от постоянен ток от батерии.

Генераторът преобразува механичната енергия в електрическа чрез въртене на телена намотка в магнитно поле. Електрически ток се генерира също, когато силовите линии на движещ се магнит пресичат навивките на телена намотка (снимка вдясно). Електроните (сини топки) се движат към положителния полюс на магнита и електрическият ток протича от положителния полюс към отрицателния полюс. Докато линиите на магнитното поле пресичат намотката (проводника), в проводника се индуцира електрически ток.

Подобен принцип работи и при преместване на телена рамка спрямо магнит (далечната фигура вдясно), т.е. когато рамката пресича линиите на магнитното поле. Индуцираният електрически ток протича по такъв начин, че неговото поле отблъсква магнита, когато рамката се приближи до него, и го привлича, когато рамката се отдалечи. Всеки път, когато рамката промени ориентацията спрямо полюсите на магнита, електрическият ток също променя посоката си в обратна посока. Докато източникът на механична енергия върти проводника (или магнитното поле), генераторът ще генерира променлив електрически ток.

Принцип на работа на алтернатора

Най-простият генератор на променлив ток се състои от телена рамка, въртяща се между полюсите на неподвижен магнит. Всеки край на рамката е свързан със собствен плъзгащ пръстен, който се плъзга по протежение на електропроводима въглеродна четка (снимка над текста). Индуцираният електрически ток протича към вътрешния контактен пръстен, когато половината от рамката, свързана с него, премине северния полюс на магнита, и обратно към външния контактен пръстен, когато другата половина на рамката премине северния полюс.

Трифазен алтернатор

Един от най-рентабилните начини за генериране на силен променлив ток е използването на един магнит, въртящ се през множество намотки. В типичен трифазен генератор трите бобини са разположени на еднакво разстояние от оста на магнита. Всяка бобина произвежда променлив ток, когато магнитен полюс преминава през нея (дясната снимка).

Промяна на посоката на електрически ток

Когато магнит се натисне в телена намотка, той индуцира електрически ток в нея. Този ток кара стрелката на галванометъра да се отклони от нулевата позиция. Когато магнитът се отстрани от бобината, електрическият ток обръща посоката си и стрелката на галванометъра се отдалечава от нулева позиция.

Променлив ток

Магнитът няма да индуцира електрически ток, докато неговите силови линии не започнат да пресичат жичната верига. Когато магнитен стълб се натисне в жичен контур, в него се индуцира електрически ток. Ако магнитът спре да се движи, електрическият ток (сини стрелки) също спира (средна диаграма). Когато магнитът се извади от жичен контур, в него се индуцира електрически ток, протичащ в обратна посока.

Терминът "генерация" в електротехниката идва от латински. Това означава "раждане". По отношение на енергията можем да кажем, че генераторите са технически устройства, които произвеждат електричество.

Трябва да се отбележи, че електрическият ток може да бъде произведен чрез преобразуване на различни видове енергия, например:

    химически;

    светлина;

    термични и други.

Исторически генераторите са структури, които преобразуват ротационната кинетична енергия в електричество.

Според вида на генерираната електроенергия генераторите биват:

1. DC;

2. променлив.

Физическите закони, които правят възможно създаването на съвременни електрически инсталации за генериране на електричество чрез трансформация на механична енергия, са открити от учените Ерстед и Фарадей.

При проектирането на всеки генератор се реализира, когато електрическият ток се индуцира в затворена рамка поради пресичането му с въртящо се магнитно поле, което се създава в опростени модели за домашна употреба или чрез възбуждащи намотки на промишлени продукти с висока мощност.

Когато рамката се върти, големината на магнитния поток се променя.

Електродвижещата сила, индуцирана в намотката, зависи от скоростта на промяна на магнитния поток, преминаващ през рамката в затворен контур S, и е право пропорционална на нейната стойност. Колкото по-бързо се върти роторът, толкова по-високо е генерираното напрежение.

За да се създаде затворена верига и да се източи електрически ток от нея, беше необходимо да се създаде колектор и четка, която осигурява постоянен контакт между въртящата се рамка и неподвижната част на веригата.


Благодарение на конструкцията на пружинните четки, които се притискат към комутаторните пластини, електрическият ток се предава към изходните клеми, а от тях след това се влива в консуматорската мрежа.

Принципът на работа на най-простия DC генератор

Когато рамката се върти около оста си, лявата и дясната й половина преминават циклично близо до южния или северния полюс на магнитите. При тях всеки път посоките на токовете се променят на противоположни, така че на всеки полюс те текат в една посока.

За да се създаде постоянен ток в изходната верига, на колекторния възел се създава полупръстен за всяка половина на намотката. Четките, съседни на пръстена, премахват потенциала само на техния знак: положителен или отрицателен.

Тъй като полупръстенът на въртящата се рамка е отворен, в него се създават моменти, когато токът достигне максималната си стойност или отсъства. За да се поддържа не само посоката, но и постоянна стойност на генерираното напрежение, рамката е изработена по специално подготвена технология:

    използва не един завой, а няколко - в зависимост от стойността на планираното напрежение;

    броят на кадрите не е ограничен до едно копие: те се опитват да ги направят достатъчни, за да поддържат оптимално падането на напрежението на същото ниво.

За DC генератор намотките на ротора са разположени в слотове. Това ви позволява да намалите загубите на индуцираното електромагнитно поле.

Конструктивни характеристики на генератори за постоянен ток

Основните елементи на устройството са:

    външна захранваща рамка;

    магнитни полюси;

    статор;

    въртящ се ротор;

    превключващ блок с четки.


Тялото е изработено от стоманени сплави или чугун, за да осигури механична здравина на цялостната конструкция. Допълнителна задача на корпуса е да предава магнитен поток между полюсите.

Магнитните полюси са прикрепени към корпуса с шпилки или болтове. На тях е монтирана намотка.

Статорът, наричан още ярем или ядро, е направен от феромагнитни материали. Върху него е поставена намотката на възбудителната намотка. Ядро на статораснабден с магнитни полюси, които формират неговото магнитно поле.

Роторът има синоним: котва. Неговата магнитна сърцевина се състои от ламинирани плочи, които намаляват образуването на вихрови токове и повишават ефективността. Жлебовете на сърцевината съдържат намотките на ротора и/или самовъзбуждането.

Комутационен възелс четките може да има различен брой полюси, но той винаги е кратен на две. Материалът на четката обикновено е графит. Колекторните пластини са изработени от мед, като най-оптималния метал, подходящ за електрическите свойства на проводимостта на тока.

Благодарение на използването на комутатор, на изходните клеми на DC генератора се генерира пулсиращ сигнал.


Основни типове конструкции на генератори за постоянен ток

В зависимост от вида на захранването на възбуждащата намотка се разграничават устройства:

1. със самовъзбуждане;

2. работа на базата на самостоятелно включване.

Първите продукти могат:

    използвайте постоянни магнити;

    или работят от външни източници, например батерии, вятърна енергия...

Генераторите с независимо превключване работят от собствена намотка, която може да бъде свързана:

    последователно;

    шунтове или паралелно възбуждане.

Една от опциите за такава връзка е показана на диаграмата.


Пример за генератор на постоянен ток е дизайн, който преди това често се използваше в автомобилни приложения. Структурата му е същата като тази на асинхронния двигател.


Такива колекторни структури могат да работят едновременно в режим на двигател или генератор. Поради това те са широко разпространени в съществуващите хибридни автомобили.

Процесът на образуване на реакция на котва

Това се случва в режим на празен ход, когато силата на натискане на четката е неправилно регулирана, създавайки неоптимален режим на тяхното триене. Това може да доведе до намалени магнитни полета или пожар поради повишено генериране на искри.

Начините за намаляването му са:

    компенсиране на магнитни полета чрез свързване на допълнителни полюси;

    регулиране на изместването на позицията на четките на комутатора.

Предимства на DC генераторите

Те включват:

    няма загуби поради хистерезис и образуване на вихрови токове;

    работа в екстремни условия;

    намалено тегло и малки размери.

Принципът на работа на най-простия генератор на променлив ток

Вътре в този дизайн се използват всички същите части, както в предишния аналог:

    магнитно поле;

    въртяща се рамка;

    колекторен възел с четки за токоотвеждане.

Основната разлика е в дизайна на комутаторния блок, който е създаден по такъв начин, че когато рамката се върти през четките, постоянно се създава контакт с нейната половина на рамката, без циклично да променя позицията си.

Поради това токът, променящ се според законите на хармониците във всяка половина, се предава напълно непроменен към четките и след това през тях към потребителската верига.


Естествено, рамката се създава чрез навиване не на един оборот, а на изчислен брой обороти за постигане на оптимално напрежение.

По този начин принципът на работа на генераторите за постоянен и променлив ток е общ, а разликите в дизайна са в производството:

    колекторен възел с въртящ се ротор;

    конфигурации на намотките на ротора.

Конструктивни характеристики на промишлени генератори за променлив ток

Нека разгледаме основните части на промишлен индукционен генератор, в който роторът получава въртеливо движение от близка турбина. Конструкцията на статора включва електромагнит (въпреки че магнитното поле може да бъде създадено от набор от постоянни магнити) и роторна намотка с определен брой завои.

Във всеки оборот се индуцира електродвижеща сила, която се добавя последователно във всеки от тях и формира на изходните клеми общата стойност на напрежението, подадено към силовата верига на свързаните консуматори.

За да се увеличи амплитудата на ЕМП на изхода на генератора, се използва специална конструкция на магнитната система, направена от две магнитни ядра чрез използването на специални класове електрическа стомана под формата на ламинирани плочи с жлебове. В тях са монтирани намотки.


Корпусът на генератора съдържа сърцевина на статора със слотове за поставяне на намотка, която създава магнитно поле.

Роторът, въртящ се върху лагери, също има магнитна верига с жлебове, вътре в която е монтирана намотка, която получава индуцираната ЕДС. Обикновено се избира хоризонтална посока за поставяне на оста на въртене, въпреки че има конструкции на генератори с вертикално разположение и съответна конструкция на лагера.

Между статора и ротора винаги се създава празнина, която е необходима, за да се осигури въртене и да се избегне задръстване. Но в същото време има загуба на енергия на магнитна индукция. Ето защо те се опитват да го направят възможно най-малко, като оптимално вземат предвид и двете изисквания.

Възбудителят, разположен на същия вал като ротора, е електрически генератор за постоянен ток с относително ниска мощност. Предназначението му е да доставя електричество на намотките на електрогенератор в състояние на независимо възбуждане.

Такива възбудители най-често се използват с конструкции на турбинни или хидравлични електрически генератори при създаване на основен или резервен метод на възбуждане.

Картината на индустриален генератор показва разположението на комутаторните пръстени и четките за събиране на токове от структурата на въртящия се ротор. По време на работа това устройство изпитва постоянни механични и електрически натоварвания. За преодоляването им се създава сложна конструкция, която по време на експлоатация изисква периодични проверки и превантивни мерки.

За намаляване на създадените оперативни разходи се използва друга, алтернативна технология, която също използва взаимодействието между въртящи се електромагнитни полета. На ротора се поставят само постоянни или електрически магнити, а напрежението се отстранява от неподвижна намотка.

При създаването на такава верига такъв дизайн може да се нарече терминът "алтернатор". Използва се в синхронни генератори: високочестотни, автомобилни, на дизелови локомотиви и кораби, инсталации на електроцентрали за производство на електроенергия.

Характеристики на синхронните генератори

Принцип на действие

Името и отличителната черта на действието се състои в създаването на твърда връзка между честотата на променливата електродвижеща сила, индуцирана в намотката на статора "f" и въртенето на ротора.


В статора е монтирана трифазна намотка, а на ротора има електромагнит със сърцевина и възбуждаща намотка, захранвана от DC вериги чрез четков комутатор.

Роторът се задвижва във въртене от източник на механична енергия - задвижващ двигател - със същата скорост. Неговото магнитно поле извършва същото движение.

Електродвижещи сили с еднаква величина, но изместени на 120 градуса в посока, се индуцират в намотките на статора, създавайки трифазна симетрична система.

При свързване към краищата на намотките на потребителските вериги започват да действат фазовите токове във веригата, които образуват магнитно поле, което се върти по същия начин: синхронно.

Формата на изходния сигнал на индуцирания ЕМП зависи само от закона за разпределение на вектора на магнитната индукция вътре в междината между полюсите на ротора и плочите на статора. Следователно те се стремят да създадат такъв дизайн, когато величината на индукцията се променя според синусоидалния закон.

Когато междината има постоянна характеристика, векторът на магнитната индукция вътре в междината се създава във формата на трапец, както е показано на линейна графика 1.

Ако формата на ръбовете при полюсите се коригира до наклонена с разликата, променяща се до максималната стойност, тогава може да се постигне синусоидална форма на разпределение, както е показано от линия 2. Тази техника се използва на практика.

Вериги за възбуждане на синхронни генератори

Магнитодвижещата сила, възникваща върху намотката на възбуждане "OB" на ротора, създава неговото магнитно поле. За тази цел има различни дизайни на DC възбудители, базирани на:

1. контактен начин;

2. безконтактен метод.

В първия случай се използва отделен генератор, наречен възбудител "В". Неговата възбудителна намотка се захранва от допълнителен генератор на принципа на паралелно възбуждане, наречен "PV" подвъзбудител.


Всички ротори са поставени на общ вал. Поради това те се въртят абсолютно еднакво. Реостатите r1 и r2 служат за регулиране на токове във веригите на възбудителя и подвъзбудителя.

С безконтактен методНяма плъзгащи се пръстени на ротора. Директно върху него е монтирана намотка на трифазен възбудител. Той се върти синхронно с ротора и предава електрически постоянен ток през съвместно въртящ се токоизправител директно към намотката на възбудителя "B".


Видовете безконтактни вериги са:

1. система за самовъзбуждане от собствена статорна намотка;

2. автоматизирана схема.

С първия методнапрежението от намотките на статора се подава към понижаващ трансформатор и след това към полупроводников токоизправител "PP", който генерира постоянен ток.

При този метод първоначалното възбуждане се създава поради явлението остатъчен магнетизъм.

Автоматична схема за създаване на самовъзбуждане включва използването на:

    трансформатор на напрежение TN;

    автоматизиран регулатор на възбуждане AVR;

    токов трансформатор CT;

    токоизправителен трансформатор VT;

    тиристорен преобразувател TP;

    Блок за защита BZ.

Характеристики на асинхронните генератори

Основната разлика между тези конструкции е липсата на твърда връзка между скоростта на ротора (nr) и ЕМП, индуцирана в намотката (n). Между тях винаги има разлика, която се нарича "приплъзване". Означава се с латинската буква “S” и се изразява с формулата S=(n-nr)/n.

Когато товарът е свързан към генератора, се създава спирачен момент за въртене на ротора. Той влияе на честотата на генерирания ЕМП и създава отрицателно приплъзване.

Роторната структура на асинхронните генератори е направена:

    късо съединение;

    фаза;

    кух.

Асинхронните генератори могат да имат:

1. независимо възбуждане;

2. самовъзбуждане.

В първия случай се използва външен източник на променливо напрежение, а във втория се използват полупроводникови преобразуватели или кондензатори в първичната, вторичната или и в двата вида вериги.

По този начин генераторите на променлив и постоянен ток имат много общи черти в принципите на конструкцията, но се различават в дизайна на определени елементи.