Пристрій генератора змінного струму – принцип роботи та загальне призначення

Зміст:

  • Пристрій і принцип роботи ?
  • Область застосування ?
  • Класифікація ?
  • Опис схем ?
  • «Зірка» ?
  • «Трикутник» ?
  • Практичне застосування ?

8e8a9135cbb8464890e2661c18e0f39f Пристрій генератора змінного струму   принцип роботи та загальне призначення

Конструктивно, електрогенератор складається з:

  • Струмопровідної рамки.
  • Магнітів.
  • Працює він таким чином:

  • Струмопровідна рамка поміщається в магнітне поле, створене між полюсами магнітів. Її кінці забезпечують контактними кільцями, які також здатні обертатися.
  • З допомогою пружних струмопровідних пластинок (щіток), кільця з’єднують з електричною лампочкою.
  • Рамка, обертаючись в магнітному полі, постійно перетинає своїми сторонами магнітні силові лінії.
  • Перетин рамкою магнітних силових ліній викликає виникнення ЕРС та отримання індукційного струму.
  • Під дією отриманого індукційного струму, лампочка починає світитися. Світіння лампочки продовжується до тих пір, поки обертається рамка.
  • Один повний оборот рамки всередині магнітного поля призводить до того, що виникає ЕРС, двічі змінює свій напрямок, причому її величина двічі збільшується до максимального значення (провідники проходили під полюсами магнітів) і двічі була дорівнює нулю (провідники рухалися вздовж силових ліній магнітного поля).

    Така зміна ЕРС в процесі безперервного обертання рамки викликає в замкнутому електричному ланцюзі постійно змінюється за напрямком і величиною синусоїдальний електричний струм, який в даний час називають змінним.

    У сучасній енергетиці використовуються індукційні генератори змінного струму різного типу. При цьому, принцип їх дії однаковий і базується на принципі електромагнітної індукції.

    В загальному вигляді, такі пристрої являють собою досить складний виріб, що складається з мідного дроту, і великої кількості ізоляційних і конструктивних матеріалів.

    Пристрій і принцип роботи

    d59645b2ecd8fce232ace1316c103ab0 Пристрій генератора змінного струму   принцип роботи та загальне призначення

    Пристрій

    Будь генератор змінного струму складається з:

  • Постійного струму або електромагніту, який створює магнітне поле. З метою отримання потужного магнітного потоку, в генераторах встановлюють спеціальні магнітні системи з двох сердечників, які виготовляються з електротехнічної сталі.
  • Обмотки, в якій виникає змінна ЕРС. Обмотки, що створюють магнітне поле, розміщують в спеціальних пазах одного сердечника, а обмотки, в яких виникає ЕРС — в пазах іншого.
  • Для підведення напруги і знімання отриманого змінного струму, використовуються контактні кільця і щітки. Ці деталі виготовляються з струмопровідних матеріалів. Сила струму в обмотках електромагніту, що створює магнітне поле значно менше тієї, яку генератор віддає в зовнішній ланцюг, тому напруга, що генерується зручніше знімати з нерухомих обмоток, а через ковзні контакти підводити малопотужний живляча напруга.
  • У малопотужних пристроях щітки і кільця використовуються значно рідше, так як в їх конструкціях можна використовувати обертові постійні магніти, яким підведення живлячої напруги не потрібен.

    Як правило:

  • Внутрішній сердечник (ротор) разом з обмоткою обертається навколо своєї осі.
  • Зовнішній сердечник (статор) нерухомий.
  • Зазор між ротором і статором повинен бути мінімальним — лише тоді потужність потоку магнітної індукції максимальна. При цьому, магнітне поле створює нерухомий магніт, а обмотки, в яких створюється ЕРС, що обертаються.
  • Проте, у великих промислових генераторах, зовнішній сердечник, створюючи магнітне поле, що обертається навколо внутрішнього, а обмотки, в яких індукується ЕРС, залишаються нерухомими.

    Під час роботи, в обмотці ротора виникає ЕРС, амплітуда якого пропорційна кількості витків. Крім того, вона пропорційна і амплітуди змінного магнітного потоку (через виток).

    Принцип роботи синхронного генератора:

    293da864bafac20ba30c1d0279991d6e Пристрій генератора змінного струму   принцип роботи та загальне призначення

    Область застосування

    6a2fc779c8b473491b999b25fa6608f1 Пристрій генератора змінного струму   принцип роботи та загальне призначенняПовсякденне життя людського суспільства неможливо уявити без змінного струму. Його широке використання пов’язане з тим, що він володіє величезними перевагами перед постійним.

    При цьому, головною перевагою є те, що напруга і силу змінного струму можна легко і практично без втрат перетворити в досить широких межах.

    Особливо, таке перетворення необхідно у разі передачі електроенергії на великі відстані. Електроенергія володіє великими перевагами перед іншими видами енергії.

    Її можна передавати на великі відстані з малими втратами і досить легко розподіляти між споживачами. Крім того, електроенергія просто перетворюється в інші види енергії (світлова, теплова, механічна та інші).

    Саме тому, генератори змінного струму в сучасних умовах отримали дуже широке застосування. З їхньою допомогою виробляється електроенергія, яка потім використовується в усіх галузях промисловості, а також в побуті і на всіх видах транспорту.

    Класифікація

    d8de47f8607243103657c9f05c415086 Пристрій генератора змінного струму   принцип роботи та загальне призначення

    У зв’язку з великою різноманітністю генераторів, що випускаються промисловістю різних країн, була розроблена і досить обширна система їх класифікації.

    Так, генератори змінного струму розрізняють за:

  • Увазі.
  • Конструкції.
  • Способом збудження.
  • Кількістю фаз.
  • З’єднання фазних обмоток.
  • Електрогенератори змінного струму бувають:

  • Асинхронними. Вироби, в яких на обертовому валу є пази, призначені для розміщення обмоток. Вони генерують електричний струм з невеликими спотвореннями, величина якого не перевищує номінального значення. Вироби цього типу використовуються для живлення побутової техніки.
  • Синхронними. Вироби, в яких котушки індуктивності розміщені безпосередньо на роторі. Вони здатні видавати струм, який володіє високою пусковою потужністю.
  • d15123e99c5cc3499686fe862e1cbed6 Пристрій генератора змінного струму   принцип роботи та загальне призначення

    Генератор з нерухомим ротором

    Конструктивно розрізняють генератори:

  • З нерухомим ротором.
  • З нерухомим статором
  • Конструкції з нерухомим статором отримали найбільше поширення завдяки тому, що відпадає необхідність у використанні контактних кілець і плаваючих щіток.

    За способом збудження електрогенератори бувають:

  • З незалежним збудженням (живляча напруга подається на обмотку збудження від окремого джерела постійного струму).
  • З самозбудженням (обмотки збудження харчуються випрямленою (постійним) струмом, одержуваних від самого генератора).
  • З обмотками збудження, живлення яких здійснюється від стороннього генератора постійного струму малої потужності, що «сидить» на одному валу з ним.
  • З збудженням від постійного магніту.
  • За кількістю фаз розрізняють електрогенератори:

  • Однофазні.
  • Двофазні.
  • Трифазні.
  • Найбільше поширення отримали трифазні генератори.

    Це пов’язано з наявністю деяких переваг, серед яких потрібно відзначити можливість безпроблемного отримання:

  • Обертового магнітного поля кругового, що сприяє економічності їх виготовлення.
  • Врівноваженої системи, що істотно підвищує термін служби енергоустановок.
  • Одночасно двох робочих напруг (фазного і лінійного) в одній системі.
  • Високих економічних показників — значно зменшується матеріалоємність силових кабелів і трансформаторів, а також спрощується процес передачі електроенергії на великі відстані.
  • Трифазні генератори відрізняються електричними схемами з’єднання фазних обмоток.

    Буває, що фазні обмотки з’єднуються:

  • «Зіркою».
  • «Трикутником».
  • Опис схем

    Для отримання пов’язаної трифазної системи, обмотки електрогенератора потрібно з’єднати між собою одним з двох способів:

    «Зірка»

    00a8fab109e81410435736859a95b2e0 Пристрій генератора змінного струму   принцип роботи та загальне призначення

    З’єднання «зіркою» передбачає електричне з’єднання кінців всіх обмоток в одній точці. Точка з’єднання називається «нулем». При такому з’єднанні навантаження до генератора може бути підключена 3 або 4 проводами.

    Дроти, що йдуть від початку обмоток називаються лінійними, а провід, який йде від нульової точки — нульовим. Напруга між лінійними проводами називають лінійним.

    Лінійне напруга більше фазного в 1,73 рази.

    Напруга між нульовим і будь-яким із лінійних проводів називається фазною. Фазні напруги рівні між собою і зрушені один щодо одного на кут, який дорівнює 120 градусів.

    Особливістю схеми є також рівність лінійних і фазних струмів.

    Найбільш поширена 4 дротова схема з’єднання «зіркою» з нейтральним проводом. Вона дозволяє уникнути перекосу фаз у разі підключення несиметричного навантаження, наприклад, на одній фазі — включена активна навантаження, а на іншій — або реактивна ємнісна. При цьому, забезпечується збереження включених електроприладів.

    «Трикутник»

    b1767e9fb8b5165cc005dabdca644bfa Пристрій генератора змінного струму   принцип роботи та загальне призначення

    З’єднання «трикутником» — це послідовне з’єднання обмоток трифазного генератора: кінець першої обмотки з’єднується з початком другої, її кінець — з початком третьої, а кінець останньої — з початком першої.

    У цьому випадку, лінійні проводи відводяться від точок з’єднання обмоток. При цьому, лінійне напруга дорівнює фазному, а величина лінійного струму в 1,73 рази більше фазного.

    Всі згадані залежності справедливі лише при рівномірному навантаженні фаз. При нерівномірному навантаженні фаз, їх необхідно перераховувати аналітичними або графічними методами.

    Практичне застосування

    cecf99514f21a959922a54553f23acbd Пристрій генератора змінного струму   принцип роботи та загальне призначенняІндукційні генератори знаходять своє застосування практично у всіх галузях життєдіяльності людського суспільства.

    Причому в будь-якому випадку, для отримання змінного струму використовується енергія обертання вала генератора.

    Це стосується:

  • Великих гідро-, тепло-та атомних електростанцій.
  • Промислових електрогенераторів.
  • Побутових електрогенераторів.
  • Генератори, що встановлюються на електростанціях, які виробляють велику кількість електроенергії, яка потім передається на величезні відстані.

    Вони розробляються під конкретні, вузькоспеціалізовані завдання і являють собою складні пристрої, для встановлення яких необхідно будувати окремі будинки і споруди. Крім того, їх робота забезпечується спеціально організованою інфраструктурою.

    Промислові генератори використовуються для забезпечення електроенергією об’єктів, в роботі яких не повинно бути перебоїв з подачею напруги.

    Крім того, їх використовують для забезпечення електроенергією будівельних майданчиків, вахтових селищ, віддалених ферм і бурових установок, розташованих у місцях, де підводка стаціонарних ліній електропередач неможлива або економічно недоцільна.

    Як правило, для роботи вони використовують дизельне паливо, виробляючи при цьому змінний струм великої потужності (220 або 380 В). Використовуються для цього синхронні генератори, які здатні забезпечити роботу промислового устаткування великої потужності.

    У дизельних установках, вал генератора обертається за допомогою двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ).

    0e1ebfc9ebdbe5cd7414d0fcd0c0c583 Пристрій генератора змінного струму   принцип роботи та загальне призначення

    Електрогенератор на шасі

    Всі комплектуючі вироби, що входять до складу промислового генератора, монтуються на високоміцних сталевих шасі, яке при необхідності встановлюється:

  • Теплоізольованим контейнером.
  • Пересувним шасі (колісний, на полозах).
  • Побутові електрогенератори придбали велику популярність порівняно недавно.

    Вони використовуються для електрифікації невеликих котеджів, заміських будинків і дач, а також допомагають вирішити ряд проблем, пов’язаних з некоректною роботою централізованої електромережі і часто застосовуються в якості аварійних джерел змінного струму на раніше електрифікованих об’єктах подібного типу.

    В пристроях цього типу для обертання вала генератора використовують як бензинові, так і дизельні ДВЗ. Вони виробляють змінний струм невеликої потужності (від 0,5 до 15 кВт) і відрізняються:

  • Економічністю.
  • Невеликими розмірами.
  • Низьким рівнем шуму.
  • При виборі побутового генератора змінного струму, потенційному споживачеві необхідно звертати увагу на:

  • Тип ДВС (бензиновий або дизельний).
  • Заявлену в супровідній документації потужність.
  • Тип генератора (синхронний або асинхронний).
  • Фазність.
  • Блок управління.
  • Рівень шуму.
  • Оцініть статтю
    Довідник корисних порад