Генератор змінного струму реферат

Обновлено: 02.07.2024

Содержание работы

Содержимое работы - 1 файл

Генератор постоянного тока.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Студент группы СТЭ – 07 – 2: Кормин А.Н.

Проверил: Тишинский И.В.

Общие сведения…….…….…….………………………..…… …………4
Принцип работы генераторов постоянного тока………………………6
Заряд аккомулятора……………………………………………… ………8
Реле обратного тока………………………………………………………10
регуляторы напряжения…………………………………………………. 12
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…….…….…….…….…….…….…… .….…….………..15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…….…….…….…….…….…….…… …. ….17

Генераторы постоянного тока являются источниками постоянного тока, в которых осуществляется преобразование механической энергии в электрическую. Якорь генератора приводится во вращение каким-либо двигателем, в качестве которого могут быть использованы электрические двигатели внутреннего сгорания и т.д. Генераторы постоянного тока находят применение в тех отраслях промышленности, где по условиям производства необходим или является предпочтительным постоянный ток (на предприятиях металлургической и электролизной промышленности, на транспорте, на судах и др.). Используются они и на электростанциях в качестве возбудителей синхронных генераторов и источников постоянного тока.

В последнее время в связи с развитием полупроводниковой техники для получения постоянного тока часто применяются выпрямительные установки, но несмотря на это генераторы постоянного тока продолжают находить широкое применение.

Генераторы постоянного тока выпускаются на мощности от нескольких киловатт до 10 000 кВт.

Режим работы электрической машины в условиях, для которых она предназначена заводом-изготовителем, называется номинальным. Величины, соответствующие этому режиму работы (мощность, ток, напряжение, частота вращения и др.), являются номинальными данными машины. Они указываются в каталогах и выбиваются на табличке, прикрепленной к станине машины.

Общие сведения

Генератор тока — идеализированный источник питания, который создаёт ток I = Ik, не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединён, а его ЭДС E и внутреннее сопротивление RB равны бесконечности. Отношение двух бесконечно больших величин E / RB равно конечной величине — Ik.

На рисунке 1 представлена схема источника тока с током Ik = E / RB и параллельно с ним включенным сопротивлением RB (стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника тока).

Реальные генераторы тока имеют различные ограничения (например по напряжению на его выходе), а также нелинейные зависимости от внешних условий.

Хотя в промышленности применяется главным образом переменный ток, генераторы постоянного тока широко используются в различных промышленных, транспортных и других установках (для питания электроприводов с широким регулированием скорости вращения, в электролизной промышленности, на судах, тепловозах и т. д.). В этих случаях генераторы постоянного тока обычно приводятся во вращение электродвигателями переменного тока, паровыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания.

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения.

(Различаются генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением.

Генераторы независимого возбуждения делятся на генераторы с электромагнитным возбуждением, в которых обмотка возбуждения ОВ питается постоянным током от постороннего источника (аккумуляторная батарея, вспомогательный генератор или возбудитель постоянного тока, выпрямитель переменного тока), и на магнитоэлектрические генераторы с полюсами в виде постоянных магнитов. Генераторы последнего типа изготовляются только на малые мощности. В данной главе рассматриваются генераторы с электромагнитным возбуждением.

В генераторах с самовозбуждением обмотки возбуждения питаются электрической энергией, вырабатываемой в самом генераторе.

Во всех генераторах с электромагнитным возбуждением на возбуждение расходуется 0,3—5% номинальной мощности машины. Первая цифра относится к самым мощным машинам, а вторая — к машинам мощностью около 1 кет.

Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа включения обмоток возбуждения делятся на:

1) генераторы параллельного возбуждения, или шунтовые;

2) генераторы последовательного возбуждения, или сериесные;

3) генераторы смешанного возбуждения, или компаундные.

Принцип работы генераторов постоянного тока

Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами.

Простейший генератор постоянного тока (рис. 3) представляет собой помещенную между полюсами магнита рамку из проводника, концы которого присоединены к изолированным полукольцам, называемым пластинами коллектора. К полукольцам (коллектору) прижимаются положительная и отрицательная щетки, которые замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. Для работы генератора рамку проводника с коллектором необходимо вращать. В соответствии с правилом правой руки при вращении рамки проводника с коллектором в ней будет индуктироваться электрический ток, изменяющий свое направление через каждые пол-оборота, так как магнитные силовые линии каждой стороной рамки будут пересекаться то о одном, то в другом направлении. Вместе с этим через каждые пол-оборота изменяется контакт концов проводника рамки и полуколец коллектора со щетками генератора. Во внешнюю цепь ток будет идти в одном направлении,

изменяясь только по величине от 0 до максимума. Таким образом, коллектор в генераторе служит для выпрямления переменного тока, вырабатываемого рамкой. Для того чтобы электрический ток был постоянным не только по направлению, но и по величине, (по величине — приблизительно постоянным), коллектор делают из многих (36 и более) пластин, а проводник представляет собой много рамок или секций, выполненных в виде обмотки якоря.

Рис. 3. Схема простейшего генератора постоянного тока: 1 — полукольцо или коллекторная пластина; I — рама проводника; 3 — щетка генератора.

Заряд аккомулятора

В современных системах автономного электроснабжения применяются в основном кислотные необслуживаемые аккумуляторы с длительным сроком службы, собранные по технологии AGM. Также применяются гелевые аккумуляторы, но они немного более дороги. Применение аккумуляторов автомобильного типа неоправдано из-за короткого срока службы, сульфатации при недостаточном заряде и расслоении электролита при хроническом недозаряде. Возможно применение автомобильного типа аккумуляторов только совместно с контроллером, который обеспечивает "эквализацию", при избытке солнечных батарей (чтобы обеспечить максимум заряда), при этом надо обратить внимание, на конструкцию аккумуляторов: сплав свинца, олова и кальция должен быть и на положительном и на отрицательном электроде, кроме этого аккумулятор должен быть необслуживаемым и, желательно, герметичным.

При подключении генератора к аккумулятору следует строго соблюдать полярность. Для повышения зарядного тока напряжение генератора должно быть немного выше напряжения аккумулятора. Такая задача была бы достаточно простой для инженера-электрика, если бы напряжение аккумуляторе оставалось постоянным. В действительности оно может меняться от 12 В при разряженном аккумуляторе до 16 В при полностью заряженном.

Если поддерживать на выходе генератора постоянное напряжение, тогда при заряде полностью разряженного аккумулятора с выхода генератора пойдет слишком большой ток, который сожжет обмотки якоря. Поэтому регулятор напряжения, работающий совместно с генератором, должен включать в себя механизм компенсации, чувствительный к нагрузке, потребляемой аккумулятором и электрооборудованием автомобиля.

Если во время работы генератора его напряжение упадет ниже напряжения аккумулятора, то ток из аккумулятора пойдет в генератор и последний превратится в электродвигатель. Для того, чтобы этого не происходило, в цепь заряда должно быть включено устройство, прерывающее цепь по мере необходимости. Обычно таким устройством является реле обратного тока.

Реле обратного тока.

Назначение реле — включать цепь заряда, когда напряжение генератора выше напряжения аккумулятора, т.е. превышает 13 В, и отключать эту цепь в противном случае. Катушка реле подключена одним концом к выходной клемме генератора, а вторым — к массе. Катушка рассчитана таким образом, что при достижении определенного уровня напряжения на выходе генератора она образует магнитное поле, достаточное для притяжения стальной пластинки (якоря) с контактами. Заметьте, что при не работающем двигателе и включенном зажигании сигнальная лампочка будет гореть. При разгоне двигателя до оборотов, при которых напряжение не выходе генератора достигает напряжения аккумулятора, сигнальная лампочка гаснет. Катушка реле обратного тока притягивает якорь и его контакты включают цепь, соединяющую генератор с аккумулятором, и закорачивают сигнальную лампочку.

При опускании якоря реле замыкаются контакты, соединяющие выход генератора с аккумулятором. При уменьшении оборотов двигателя напряжение на выходе генератора снижается до уровня, когда магнитное поле катушки реле не в состоянии, противостоять усилию возвратной пружины якоря, тогда якорь поднимается и разрывает контакты.

Реле обратного тока, катушка которого имеет две обмотки. Основная, параллельная обмотка катушки выполнена из нескольких сотен витком эмалированного медного провода. Эта обмотка создает основное магнитное поле катушки. вторая обмотка содержит несколько витков толстого медного провода и включена последовательно в цепь заряда аккумулятора. Она пропускает через себя весь зарядный ток. При замкнутых контактах большой зарядный ток, протекающий через последовательную обмотку, создает в катушке дополнительное магнитное поле, которое помогает полю, образованному последовательной обмоткой, надежно прижать контакты, пропускающие зарядный ток. Если напряжение генератора опускается ниже напряжения аккумулятора, например, на холостом ходу, ток в последовательной катушке меняет направление, т.е. начинает течь от аккумуляторе к генератору. В этом случае последовательная обмотка создает магнитное поле, противоположное основной катушке, и тем самым помогает возвратной пружине быстро и надежно разомкнуть контакты реле.

Обратите внимание на пластинчатую пружину с винтом регулировки напряжения включения реле. Обычно эта пружина состоит из двух склепанных между собой полосок металла, имеющих различный коэффициент теплового расширения. При нагревании такая пружина будет изгибаться. По мере роста температуры в моторном отделении сопротивление параллельной обмотки растет и для притяжения якоря потребуется большее напряжение на выходе генератора. Биметаллическая пружина в этом случае играет роль компенсатора: она изгибается и уменьшает свое противодействие притяжению якоря реле. Таким обрезом, замыкание и размыкание контактов происходит практически при неизменном напряжении.

Регулятор напряжения

Если напряжение генератора возрастает до слишком высоко уровня, регулятор включает между выходом генератора и обмоткой возбуждения дополнительное сопротивление. При этом магнитное поле генератора уменьшается и соответственно снижается напряжение не выходе.

В витке проводов, вращающемся в магнитном поле, наводится ток. Напряжение снимается с двух контактных колец, изолированных от вала, и через графитовые щетки поступает во внешнюю цепь. Такой ток будет переменным по направлению и по значению. Для увеличения генерируемого тока необходимо использовать дополнительные комплекты полюсов.

Рис. 14.5. Трехфазное выходное напряжение:

1 — первая фаза; 2 — вторая фаза; 3 — третья фаза; 4, 5 — угол сдвига между обмотками якоря соответственно 120° и 40°

В старых конструкциях ток возбуждения поступал от генератора постоянного тока или от возбудителя, сидящего на валу этого же генератора.

Современные генераторы имеют статическую систему самовозбуждения или же выполняются в виде высокоскоростных генераторов бесщетачного типа. Система возбуждения должна управлять реактивной составляющей мощности при том или ином характере нагрузки.

Коэффициент мощности цепи — это косинус угла фазового сдвига между вектором напряжения и тока. При чисто активной нагрузке напряжение и ток совпадают по фазе, коэффициент мощности равен единице. Электрическая мощность в цепи с активным сопротивлением равна произведению значений напряжения и тока. При индуктивной или емкостной нагрузке в сочетании с активной напряжение и ток не совпадают по фазе и коэффициент мощности будет меньше единицы. Электрическая мощность равна произведению напряжения на ток и на коэффициент мощности. При увеличении нагрузки напряжение генератора переменного тока уменьшается, причем это снижение тем больше, чем ниже коэффициент мощности нагрузки. Следовательно, система возбуждения, поддерживающая на выходе генератора переменного тока номинальное напряжение, должна реагировать как на изменение тока в нагрузке, так и на фазовый сдвиг. При этом также необходимо принимать во внимание изменение частоты вращения первичного двигателя.

Ручное управление возбуждением — это трудоемкая операция, поэтому чаще используют автоматический регулятор напряжения, представляющий собой цепь обратной связи, по которой передается напряжение с выхода генератора переменного тока на усилитель. В случае отклонения напряжения генератора от номинального значения появляется сигнал рассогласования, который поступает на усилитель и изменяет возбуждение для корректировки напряжения. В автоматическом регуляторе напряжения есть также элементы стабилизации, предотвращающие рысканье (флуктуации) постоянного напряжения или перерегулировку. В эксплуатации находятся различные типы автоматических регуляторов напряжения в виде угольных столбов, магнитных усилителей, электронных устройств и др. Генераторы переменного тока постоянного возбуждения имеют систему самовозбуждения, а не возбудитель постоянного тока.

Рис. 14.7. Схема распределительной системы электроэнергии переменного тока:

1 — цепи питания освещения; 2 — цепи питания основных потребителей; 3 — понижающий трансформатор; 4 — цепи питания мощных потребителей; 5 — аварийное освещение; 6 — питание с берега; 7 — аварийное питание потребителя постоянным током; 8 — выпрямитель; 9 — батареи; 10— блокировка; 11 — аварийный генератор переменного тока; 12 — дизель-генератор; 13 — турбогенератор

Генераторы переменного тока этого типа обладают большой стабильностью напряжения при внезапных нагрузках, например при прямом пуске больших асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. В системе со статическим возбуждением используются трансформаторы и выпрямители — набор последовательно-параллельных элементов для возбуждения генератора. Щетки и кольца применяются для передачи тока в обмотки возбуждения, установленные на роторе. Таким образом, напряжение на выходе генератора есть напряжение холостого хода и при появлении тока нагрузки обеспечивается избыточное возбуждение, достаточное для поддержания постоянного напряжения при любом характере нагрузки. Тщательный подбор компонентов создает систему, функционирующую как саморегулятор напряжения. Дополнительные трудности появляются при конструировании автоматического регулятора напряжения, если нужно учитывать изменение частоты вращения ротора первичного двигателя. Высокооборотный генератор переменного тока бесщеточного типа был разработан для того, чтобы можно было отказаться от возбудителей постоянного тока с коллектором и щеточным механизмом. Генератор переменного тока, ротор системы возбуждения и выпрямители закреплены на одном валу. Выходное напряжение системы возбуждения поступает через выпрямитель по проводам внутри пустотелого вала к обмоткам возбуждения генератора. В генераторе данного типа также используется автоматический регулятор напряжения.

Распределительная система. Напряжение питания поступает от генератора переменного тока на главный распределительный щит распределительной системы переменного тока (рис. 14.7). Значение напряжения обычно не превышает 415 В, но на некоторых больших установках может достигать 3300 В. К основным вспомогательным установкам высокое напряжение подается через выключатели.

Питание маломощного оборудования осуществляется по цепи с предохранителями или миниатюрными выключателями. Низкое напряжение питания применяется, например, для цепей освещения (220 В); оно поступает на распределительную систему через понижающий трансформатор.

Распределительная система должна быть трехпроводной с изолированной или заземленной нейтралью. Системы с заземленной нейтралью находят большое применение, несмотря на то что предпочтение отдается системам с изолированной нейтралью Системы с изолированной нейтралью могут выходить из строя от перепада высокого напряжения, который возникает при коммутации или повреждении системы, что может вызвать повреждение электрооборудования. При использовании систем с заземленной нейтралью возможна потеря управлением таким важным устройством, как рулевое, из-за дефекта в заземляющем проводе. Обрыв заземляющего провода в системе с изолированной нейтралью не приводит к исчезновению литания, а только фиксируется соответствующей индикаторной лампочкой. Следовательно, отдается предпочтение системам с изолированной нейтралью, так как обрыв питающего провода при этой системе не приводит к исчезновению напряжения, что недопустимо на судах.

Силовые системы переменного тока оборудуются контакторами и предохранительными устройствами такими же, как и для распределительных систем постоянного тока. Но оборудование этого типа имеет более простое конструктивное решение вследствие больших напряжений и меньших токов. Для токов до 100 А используется компактный контакторный прерыватель, выполняющий функцию предохранителя или автоматического выключателя. Как недостаток можно отметить, что при срабатывании устройства его обратное подключение осуществляется вручную. Другие разновидности этих устройств объединяются общим названием защитные автоматы, которые могут коммутировать токи до 1 кА. В системы переменного тока желательно включать электроизмерительные приборы или предохранительные устройства, фиксирующие обрыв цепи заземления.

Питание переменным током. При использовании для параллельной работы трехфазных генераторов переменного тока требуется большое количество электроизмерительных приборов, таких как амперметры, вольтметры, частотомеры и устройства синхронизации. Для большинства из этих приборов применяются понижающие трансформаторы, так как это необходимо для безопасной работы с приборами. Возможно также применение переключателей, например, между фазами генератора или шинами питания; следовательно, одним прибором можно измерять различные напряжения.

Используемая литература: "Основы судовой техники" Автор: Д.А. Тейлор

Переменный ток — основа электрического питания потребителей. Именно этот ток доставляется потребителю по разветвленной системе воздушных и кабельных линий, в промежутках занижаемый трансформаторами.

Переменный ток образуется за счет работы мощных генераторов на электростанциях. Статья подробно раскроет тему, что такое генератор переменного тока, опишет разновидности этих устройств, на каком принципе основана его работа и сферы применения.

Начало

Принцип действия генератора переменного тока Фарадея заключался в том, что при вращении рамки, вырабатывался ток со слабым напряжением. Происходит это следующим образом:

Рамка из проволоки осуществляет вращение внутри постоянного магнитного поля по оси N и N 1.
При изменении положения рамки из вертикального в горизонтальное, возникает эффект разреза магнитного поля.
В такие моменты возникает электродвижущая сила (ЭДС).
При прохождении одного полуоборота ЭДС имеет положительный потенциал. Ток протекает от точки А к точке B.
При возврате в вертикальное положение ЭДС меняет направление из точки C в точку D, а значит меняется и потенциал тока.

Все генераторы переменного тока используют вращающееся магнитное поле. При изменении положения медной рамки существует также момент полной потери напряжения. Он возникает при медленном вращении, например, без двигателя. При быстром вращении, величина напряжения остается неизменной.

Назначение и устройство

Современные генераторы переменного тока работают по тому же принципу, но в качестве движущей силы используют различные механизмы. Основное назначение генератора переменного тока — это преобразование какого-либо типа энергии в электрический ток. В качестве источника энергии может быть:

Мощный поток воды. Такие устройства используются на ГЭС. Генератор приводится в действие за счет протекания воды по узкому каналу и вращения турбины. Вращающиеся лопасти турбины раскручивают вал генератора, тем самым преобразуя механическую энергию в электричество.
Сжигание газа. Характерно для ТЭС.
Использование силы ветра. Такие генераторы устанавливают в наиболее ветряных районах. Главный недостаток в полном отключении в безветренную погоду.
Использование атомной энергии.
Применение дизельных или бензиновых двигателей для вращения стационарных или автомобильных генераторов.

Генератор или альтернатор переменного тока состоит из следующих частей:

Это самые основные части, из которых состоит простейший альтернатор. Мы рассмотрели устройство и принцип действия современного генератора переменного тока.

Генераторы такого типа могут быть синхронными и асинхронными. Оба устройства практически идентичны. Разница между ними заключается в следующем. Синхронные и асинхронные модели отличаются наличием обмотки на роторе (синхронный) или ее отсутствием (асинхронный). Также различия заключаются в принципе возбуждения, схемы подключения.

Разновидности

Внутреннее устройство генератора переменного тока зависит от его типа. Электромашины делятся на 2 основных типа:

Также существует классификация по:

Способу возбуждения.
Количеству фаз.
По типу ротора и статора.

Далее будет дано подробное описание всех классификаций.

Синхронные

Альтернатор синхронного типа имеет главную особенность, по которой его можно определить с первого взгляда. На его роторе имеется обмоточный провод. Он необходим для стабилизации частоты между статором и ротором. ЭДС в таком устройстве создается за счет пересечения магнитного полюса ротора и обмотки статора.

Альтернатор синхронного типа оснащается роторами с несколькими полюсами, число которых всегда кратно 2, например, 2, 4, 6, 8. Работает генератор переменного тока по следующему принципу:

После запуска ротором создается очень слабое магнитное поле. Величина ЭДС увеличивается по мере увеличения оборотов вала. Для первоначального возбуждения используется постоянное напряжение от аккумулятора или блока управления.
Если генератор работает от двигателя внутреннего сгорания, сначала необходимо стабилизировать обороты для получения стабильного переменного напряжения.
После установки необходимых оборотов, происходит стабилизация напряжения блоком автоматической регулировки (AVR). Обороты двигателя очень сильно влияют на частоту переменного напряжения на выходе и его мощность. Оптимальной считается частота вращения до 3000 оборотов. AVR стабилизирует напряжение под этот параметр, и при сбое значительно снижает напряжение. В противном случае электрические насосы могут быстро потерять мощность и перегреться.

Работа такого генератора сильно зависит от типа нагрузки. Нагрузка индукционного типа сильно влияет на размагничивание якоря. Этот эффект приводит к большой потере напряжения.

При емкостных нагрузках якорь наоборот намагничивается, что значительно увеличивает выходное напряжение. Схема генератора переменного тока синхронного типа представлена ниже.

Синхронный альтернатор имеет одно большое преимущество. Его выходное напряжение намного выше (в 3–4 раза) номинальных значений. Увеличение необходимо, если устройство питает электрические насосы, приборы и устройства, которым нужен стартовый ток. Такие устройства сильно увеличивают реактивные нагрузки на общую сеть, с которыми справляется синхронный генератор.

Недостатки у такого генератора также есть. Первый заключается в высокой чувствительности к перегрузке в цепи. Реакцией на нагрузку является краткий, но достаточно мощный ток на обмотке ротора, который появляется из-за увеличения тока самим блоком регулировки. В результате обмотка выгорает или происходит ее нагрев.

Вторым минусом является искрение. У простейшего генератора синхронного типа на роторе установлены контактные кольца с щетками. Они небезопасны при эксплуатации на промышленных предприятиях, в условии наличия легко воспламеняемых газов или жидкостей. Для таких случаев используются трех машинные генераторы синхронного типа. Устройство и принцип работы генератора переменного тока такого типа сильно отличается. Этот генератор состоит из:

Пред возбудителя.
Возбудителя.
Самого генератора.

Все эти элементы установлены на общий вал. Работа осуществляется следующим образом:

Постоянные магниты, установленные на валу, возбуждают обмотку синхронного генератора пред возбудителя. Для такого генератора не требуется наличие аккумулятора или дополнительного генератора для возбуждения. Его работа строится на явлении магнитной индукции, которое возникает при вращении постоянного магнита.
Напряжение, которое он сгенерировал, перенаправляется к возбудителю, а точнее на обмотку его статора.
Обмотка ротора соединена с трехфазным выпрямителем напряжения.
На них действует возбуждение от статора возбудителя.

В конечном итоге генератор выдает номинальное требуемое напряжение, которое регулируется блоком AVR. Вся работа такого устройства производится в одном корпусе, который полностью герметичен.

Асинхронный

Асинхронный генератор переменного тока имеет иное устройство. Его ротор не имеет обмотки. По этой причине принцип его работы сильно отличается. Во время вращения, ротор такого генератора опережает обороты магнитных полей, которые создаются статором. Роторы этих устройств имеют 2 типа обмотки: короткозамкнутую и фазную. Принцип работы асинхронных электрогенераторов следующий:

На вспомогательной обмотке статором создается магнитное поле.
После чего поле передается ротору и формирует ЭДС на обмотке статора.
Выработанное напряжение поступает на блок управления.

Главное отличие заключается в невозможности регулировки напряжения при установленном числе оборотов. Асинхронные генераторы сильно зависимы от приводных двигателей. Любая потеря стабильности приводит к понижению напряжения и частоты тока.

Преимуществом подобных устройств является низкая чувствительность к возникновению коротких замыканий. Применение — питание бытовых приборов, сварочного оборудования и электрических насосов. При наличии реактивной нагрузки, AVR должен увеличить обороты приводного двигателя на короткий срок. При этом включенный в цепь понижающий трансформатор защищает остальные устройства от перенапряжения.

Самые распространенные и универсальные типы генераторов переменного тока имеют 3 независимые обмотки. Такие устройства являются трехфазными. Их принцип работы следующий:

По окружности силовой части статора генератора располагаются 3 обмотки. Они имеют смещение 120 градусов.
Вращение ротора возбуждает в этих обмотках ЭДС переменного потенциала.
ЭДС имеют сдвиг по такту на 1 треть.

Каждая обмотка такого устройства — это независимый однофазный генератор переменного тока, который способен питать бытовую сеть.

Для снижения числа проводников, которые подключены к генератору, используется один общий провод. Он заменяет 3 проводника от приемников. Этот проводник становится нейтралью. Основные особенности трехфазных генераторов следующие:

Устройство вырабатывает линейное и фазное напряжения.
При одинаковой нагрузке на каждой фазе по нейтральному проводу не протекает электрическая энергия.
При разнице нагрузок нейтраль становится проводником тока.
Если генератором вырабатывается высокое напряжение (больше 380 вольт), к его выходу легко подключается понижающий трансформатор для передачи электрического тока бытовым и промышленным сетям.

Общая схема трехфазного генератора представлена ниже.

Трехфазные генераторы могут использоваться для бытовых нужд. Но подключение стоит проводить между несколькими потребителями или помещениями. Для единоличного потребления подходит однофазная модель синхронного типа. Главное подобрать модель подходящей мощности с небольшим запасом.

Возбуждение

По способу возбуждения, генераторы делятся на 4 основных типа. Они бывают следующими:

Возбуждение от постороннего источника. Часто этим источником является аккумулятор или генератор постоянного тока.
Устройства с самостоятельным возбуждением. Напряжение на обмотку подается через выпрямитель. Такие виды генераторов постоянного тока имеют старт от аккумулятора, который соединен параллельно со стартером двигателя внутреннего сгорания. Также питание может производиться от блока управления, который подключен к аккумулятору, но значительно увеличивает силу тока для стартового возбуждения.
Параллельный генератор. Или устройством, состоящим из двух генераторов разной мощности, которые закреплены на одном валу. Маломощное устройство стартует от аккумулятора, а выработанное напряжение перенаправляет на более мощный альтернатор. Оба устройства работают от одного приводного двигателя.
Без возбуждения. Переменный ток вырабатывает генератор переменного тока за счет вращения постоянного магнита. Достаточно просто завести тяговый двигатель и возбуждение появляется за счет магнита. Такие устройства наиболее эффективные. Не зависят от наличия аккумулятора. Могут быть использованы в качестве передвижных станций. Например, трех машинный генератор переменного тока используют этот принцип работы.

Генераторы переменного тока могут иметь схожее устройство. Часто промышленные и бытовые модели различаются только размером и компоновкой. Но есть отличие по принципу возбуждения и количеству фаз. Также существует классификация по схеме подключения внутренней обмотки.

Схемы подключения

Существуют две основные схемы подключения внутренней обмотки. Каждая со своими особенностями.

Каждая схема подключения также предполагает одинаковое сечение проводов. В случае возникновения большой нагрузки на одной фазе, ее провод может выгореть, что приведет к появлению несимметричности цепи, а по нейтрали, в этом случае, потечет ток.

Инвертор

Инверторный генератор переменного тока представляет собой современный и универсальный блок, который может использоваться для бытовых и промышленных нужд. Состоит устройство из следующих частей:

ДВС на бензиновом или дизельном топливе.
Простого генератора, вырабатывающего переменный ток.
Инверторного преобразователя.
Специальных разъемов для подключения нагрузки.
Управляющей части.

Особенность таких устройств — это стабильная выдача напряжения, возможность подключения к переменному и постоянному току через отдельные гнезда. Рассмотрим, как работает этот тип генератора.

ДВС приводит в движение вал синхронного генератора.
Выработанное переменное напряжение поступает на выпрямитель, в который включен трансформатор, диодный мост и радиатор для охлаждения.
После выпрямителя, представляющего собой блок преобразователь, ток приобретает напряжение пульсирующего типа частотой до 20000 Гц.
Пульсирующий ток направляется в фильтр и пропускается через конденсатор. В итоге ток выравнивается и становится постоянным с напряжением 12–20 вольт (зависит от типа устройства).
Постоянный ток передается на инвертор, который преобразует его в переменный ток с рабочей частотой 50 Гц.

На выходе разъема получается ток частотой 50 Гц, напряжением 220 вольт. Инверторные модели генераторов обладают существенным преимуществом. Оно заключается в следующих нюансах конструкции:

Выходной переменный ток с идеальной синусоидой. Это обеспечивает бесперебойную работу чувствительного оборудования.
Фильтр устройства собран на высоковольтных конденсаторах, способных пропускать через себя напряжение до 400 вольт.
Синусоида формируется за счет транзисторного ключа. Ключ многократно преобразует синусоиду за счет парной работы транзисторов.
Прибор способен работать в режиме перегрузки всего несколько секунд. При увеличении нагрузки, срабатывает защита и отключает генератор без остановки ДВС.

На данный момент различаются 3 основных типа инверторных генераторов:

Прямоугольные. Используются для питания 1–3 электрических приборов малой мощности.
Трапецеидальные. Более мощные. Применение — ими можно питать бытовые приборы, но в цепи не должно быть устройств с высоким сопротивлением (чайники, плиты, печи).
Синусоидальные. Самые мощные устройства со стабильным напряжением. Можно использовать для питания сложной и чувствительной техники, бытовых приборов.

Инверторные генераторы переменного тока компактные, установить и использовать их довольно просто. В бытовую сеть могут быть подключены через обычный рубильник, с предварительно отсоединенной основной сетью.

Заключение

Статья дала подробное описание всех разновидностей генераторов переменного тока. В данном устройстве используется простой принцип выработки электрического тока за счет образования ЭДС. Генераторы имеют простое устройство, способны обеспечивать бесперебойным электричеством как бытовые, так и промышленные сети.

Люди пользуются энергией электрического тока практически во всех сферах своей деятельности. Сейчас нелегко представить жизнь без электричества, которое с помощью специального оборудования преобразуется из механической энергии. Рассмотрим подробнее, как происходит этот процесс, и как устроены современные генераторы.

Превращение механической энергии в электрическую

Любой генератор работает по принципу магнитной индукции. Самый простой генератор переменного тока можно представить, как катушку, которая вращается в магнитном поле. Также есть вариант, при котором катушка остается неподвижной, но магнитное поле только её пересекает. Именно во время этого движения и вырабатывается переменный ток. По такому принципу функционирует огромное количество генераторов во всем мире, объединенных в систему электроснабжения.

Устройство и конструкция генератора переменного тока

Стандартный электрогенератор имеет следующие компоненты:

Раму, к которой закреплен статор с электромагнитными полюсами. Изготовлена она из металла и должна выполнять защитную функцию всех элементов механизма.
Статор, к которому крепится обмотка. Изготавливается он из ферромагнитной стали.
Ротор – подвижный элемент, на сердечнике которого располагается обмотка, образующая электрический ток.
Узел коммутации, который отводит электричество с ротора. Представляет собой систему подвижных токопроводящих колец.

В зависимости от назначения, генератор имеет определенные особенности конструкции, но существуют два компонента, которыми обладает любое устройство, конвертирующее механическую энергию в электричество:

Ротор – подвижная цельная деталь из железа;
Статор – неподвижный элемент, который изготовлен из железных листов. Внутри него есть пазы, внутри которых располагается проволочная обмотка.

Для получения большей магнитной индукции, между этими элементами должно быть небольшое расстояние. По своей конструкции генераторы бывают:

С подвижным якорем и статическим магнитным полем.
С неподвижным якорем и вращающимся магнитным полем.

В настоящее время более распространено оборудование с вращающимися магнитными полями, т.к. значительно удобнее снимать электрический ток со статора, чем с ротора. Устройство генератора имеет немало сходств с конструкцией электродвигателя.

Схема генератора переменного тока

Принцип работы электрогенератора: в тот момент, когда половина обмотки находится на одном из полюсов, а другая на противоположном, ток движется по цепи от минимального до максимального значения и обратно.

Классификация и виды генераторов

Все электрогенераторы можно распределить по критерию работы и по типу топлива, из которого и образуется электроэнергия. Все генераторы делятся на однофазные (выход напряжения 220 Вольт, частота 50 Гц) и трехфазные (380 Вольт с частотой 50 Гц), а также по принципу работы и типу топлива, которое конвертируется в электричество. Ещё генераторы могут использоваться в разных сферах, что определяет их технические характеристики.

По принципу работы

Разделяют асинхронные и синхронные генераторы переменного тока.

Асинхронный

Синхронный

Такой генератор обладает физической зависимостью от вращательного движения ротора к генерируемой частоте электроэнергии. В таком устройстве ротор является электромагнитом, состоящим из сердечников, обмоток и полюсов. Статором являются катушки, которые соединены по принципу звезды, и имеющими общую точку – ноль. Именно в них вырабатывается электрический ток.
Ротор приводит в движение посторонняя сила подвижных элементов (турбин), которые двигаются синхронно. Возбуждение такого генератора переменного тока может быть, как контактным, так и бесконтактным.

По типу топлива двигателя

Удаленность от электросети с появлением генераторов больше не становится препятствием для пользования электроприборами.

Газовый генератор

В качестве топлива здесь используется газ, во время сгорания которого и вырабатывается механическая энергия, которая затем заменяется электрическим током. Преимущества использования газогенератора:

Безопасность для окружающей среды, ведь газ при сгорании не выделяет вредных элементов, копоти и токсичных продуктов распада;
Экономически это очень выгодно – сжигать дешевый газ. В сравнении с бензином, это обойдется значительно дешевле;
Подача топлива осуществляется автоматически. Бензин и дизельное топливо требуется по мере необходимости подливать, а газовый генератор обычно подключают к системе газоснабжения;
Благодаря автоматике, аппарат приходит в действие самостоятельно, но для этого он должен располагаться в теплом помещении.

Дизельный генератор

Эту категорию составляют преимущественно однофазные агрегаты мощностью 5 кВт. 220 Вольт и частота 50 Гц являются стандартными для бытовой техники, поэтому дизельный аппарат неплохо справляется со стандартной нагрузкой. Как можно догадаться, для его работы требуется дизельное топливо. Почему стоит выбрать именно дизельный электрогенератор:

Относительная дешевизна топлива;
Автоматика, позволяющая автоматически запускать генератор при прекращении подачи электрического тока;
Высокий уровень противопожарной безопасности;
В течении длительного периода времени агрегат на дизеле способен проработать без сбоев;
Внушительная долговечность – некоторые модели способны работать в общей сумме 4 года непрерывной эксплуатации.

Бензогенератор

Такие аппараты довольно востребованы как бытовое оборудование. Несмотря на то, что бензин дороже газа и дизеля, такие генераторы имеют немало сильных сторон:

Читайте также: