Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Elektřina je jediný druh energie, která může být snadno přenášena na dlouhé vzdálenosti, a pak přeměněna na mechanické, tepelné nebo přeměněné na světelné záření. Elektřina samotná může být také získána různými způsoby: chemickou, tepelnou, mechanickou, fotoelektrickou, atd. Ale je to mechanická metoda, která je založena na použití generátorů, které se ukázaly být nejefektivnější. Mezi těmito zdroji elektřiny je široce používán synchronní alternátor.
Prakticky veškerá elektřina používaná v domácnosti a v práci je vyráběna generátory tohoto typu. Zaslouží si blíže se podívat na jejich zařízení a pochopit princip fungování těchto úžasných synchronních strojů.
Zařízení
Konstrukce synchronních generátorů využívá dvou hlavních pracovních částí - rotujícího rotoru a statického statoru. Na hřídeli rotoru jsou umístěny permanentní magnety nebo vinutí vinutí. Magnety mají zubatý tvar s opačně orientovanými póly.
Střídavé generátory.
Vinutí statoru jsou umístěna tak, že se jejich jádra shodují s výstupky magnetických pólů rotoru nebo s jádry cívek rotoru. Počet zubů magnetu obvykle nepřesahuje 6. U tohoto provedení je generovaný proud odebírán přímo ze vinutí statoru. Jinými slovy, stator působí jako kotva.
V zásadě mohou být permanentní magnety umístěny na statoru a pracovní vinutí, ve kterých bude EMF indukována - na rotoru. Účinnost generátoru se v důsledku toho nezmění, ale kroužky a kartáče budou nutné k uvolnění napětí z vinutí kotvy, což není častěji racionální.
Schematické znázornění bezkartáčového generátoru bez budicích vinutí je znázorněno na Obr. 1.
Vysvětlení:
- rozložení zařízení;
- rozložení magnetických pólů na kotvě. Zde písmena NS označují koaxiální magnet s póly a písmeno R označuje magnetické jádro rotoru ve tvaru hrotů ve tvaru drápů.
- model generátoru. Výstupy fázových vinutí statoru jsou spojeny "hvězdou".
Synchronní stroje s induktory.
Všimněte si, že permanentní magnety jsou používány jako rotory u alternátorů s malým výkonem. U výkonných elektrických strojů se vždy používají indukční vinutí s nezávislým budením. Nezávislým zdrojem energie je nízkonapěťový generátor stejnosměrného proudu namontovaný na hřídeli synchronního motoru.
Jsou zde navrženy synchronní generátory s nízkým a středním výkonem, s vlastními buzenými vinutími. Pro indukci induktoru se usměrněný proud fázových vinutí přivádí kartáči do kroužků umístěných na hřídeli statoru. Struktura takového alternátoru je znázorněna na obr. 1 až 3. 2
Všimněte si přítomnost kartáčů, které jsou napájeny z nezávislého zdroje.
Podle počtu fází jsou synchronní generátory rozděleny na:
- jedna fáze;
- bifázický;
- tři fáze.
Podle konstrukce rotoru je možné rozlišovat generátory s explicitními póly as implicitními póly. V implicitním polárním rotoru nejsou žádné výstupky a cívky drátu kotvy jsou skryty ve štěrbinách statoru.
Podle způsobu připojení fázových vinutí se rozlišují třífázové generátory:
- propojený Teslovým šestivodičovým systémem (nenašli praktické uplatnění);
- "Hvězda";
- "Trojúhelník";
- kombinace šesti vinutí spojených ve formě jedné "hvězdy" a "trojúhelníku". Tato sloučenina se také nazývá "Slavyanka".
Nejběžnějším spojením je „hvězda“ s neutrálním vodičem.
Princip činnosti
Uvažujme o principu generování proudu na příkladu obrysu rámu umístěného mezi magnetickými póly. (Obr. 3)
Pokud uděláte otočení rámečku (ve směru šipek), přejde přes magnetické čáry síly. V tomto případě, podle zákona elektromagnetické indukce, je v rámu indukován elektrický proud, který se projevuje, když je zátěž připojena ke kartáčům. Jeho směr může být určen pravidlem. Diagram ukazuje směr proudu v černých šipkách.
Všimněte si, že v částech rámu ab a cd se proud pohybuje v opačných směrech. Tyto směry se mění, když se části rámu pohybují od jednoho pólu k druhému pólu magnetu. Je-li každý výstup snímku připojen k samostatnému kroužku (na obrázku jsou připojeny ke kolektoru!), Pak na výstupu přijmeme střídavý proud.
Velikost proudu je úměrná rychlosti otáčení rotoru. Kromě toho je střídavý proud charakterizován dalším parametrem - frekvencí. Tato hodnota je přímo závislá na frekvenci otáčení hřídele.
Je přísně dodržována frekvence proudu v elektrických sítích. V Rusku a v některých dalších zemích je to 50 Hz, tj. 50 kmitů za sekundu.
Tento parametr je poměrně snadné vypočítat z těchto úvah: jedna otáčka směru proudu nastává na jednu otáčku rámu (nebo bipolárního magnetu). Pokud hřídel synchronního generátoru činí 1 otáčku za sekundu, pak frekvence střídavého proudu bude 1 Hz. Pro dosažení kmitočtu 50 Hz je nutné zajistit 50 otáček statoru za sekundu nebo 3000 ot / min.
Jak se zvyšuje počet pólů, nastavená frekvence se udržuje snížením rychlosti otáčení statoru. (inverzní proporcionální závislost). Pro čtyřpólový stator (počet pólů je dvakrát tak velký), aby se zachovala frekvence 50 Hz, musí být rychlost otáčení hřídele snížena o polovinu. Proto, pokud se použije 6 pólů, rychlost otáčení hřídele by se měla snížit o faktor tři až 1000 ot / min.
Všimněte si, že v některých zemích, například v USA, Japonsku atd., Existují jiné standardy - 60 Hz a střídavě 400 Hz se používá například v palubní síti moderních letadel.
Řízení frekvence
Dosáhněte požadovaných frekvenčních parametrů dvěma způsoby:
- Navrhnout generátor s určitým počtem pólů elektromagnetů.
- Zajistěte odpovídající jmenovité otáčky hřídele.
Například u nízkorychlostních hydromotorů se otáčí rychlostí 150 ot / min. pro řízení kmitočtu je počet pólů synchronních generátorů zvýšen na 40. U dieselových elektráren, při otáčkách 750 ot / min, je optimální počet pólů 8.
Regulace EMF
Vzhledem ke změnám v parametrech aktivních zátěží je třeba vyrovnat jmenovitá napětí. Navzdory skutečnosti, že EMF indukce synchronního generátoru souvisí s rychlostí otáčení rotoru, nemůže být tato metoda vzhledem k požadavkům na udržení stabilní frekvence tímto způsobem změněna. Parametry magnetické indukce však mohou být změněny snížením nebo zvýšením magnetického toku, který závisí na počtu otáček vinutí induktoru a velikosti budicího proudu.
Regulace se provádí zapnutím budicích cívek v obvodu přídavných reostatů, elektronických obvodů nebo nastavením proudu generátoru-patogenu (obr. 4). V případě použití alternátorů s permanentními magnety je v těchto zařízeních napětí regulováno externími stabilizátory.
Díky své nízké hmotnosti a vynikajícím proudovým charakteristikám byly ve všech moderních vozech použity synchronní alternátory. Vzhledem k tomu, že palubní síť vozu využívá stejnosměrný proud, jsou konstrukce automobilového alternátoru vybaveny třífázovým usměrňovačem. Pro usměrnitelné střídavé proudy, frekvence nevadí, ale napětí musí být stabilní. Toho je dosaženo použitím externích elektronických zařízení. Obrázek 5 ukazuje elektrický obvod pro připojení generátoru k palubní síti moderního automobilu.
Aplikace
Synchronní alternátory mají jeden důležitý rys: oni mohou být synchronizováni s jinými podobnými elektrickými stroji. V tomto případě se synchronní rychlosti a emfy paralelně zapojených alternátorů shodují a fázový posun je nulový. Tato okolnost umožňuje použití zařízení v průmyslové energetice a připojení záložních generátorů při překročení jmenovitých kapacit během špičkových hodin.
Třífázové trakční generátory se používají v dieselových lokomotivách. Variabilní proudy pro napájení motorů jsou usměrňovány polovodičovými zařízeními. Dnes se v Rusku vyrábějí naftové lokomotivy založené na asynchronních elektromotorech, které nevyžadují současnou opravu. V režimu brzdění pracují jako asynchronní generátory.
Synchronní generátory jsou instalovány na hybridních vozech, aby se spojily trakční motory a hnací motory. Při vývoji činného výkonu při jmenovitém zatížení šetří drahé palivo.
Existuje mnoho dalších použití. Například mobilní mini elektrárny, domácí proudové generátory, jednofázový motor atd.