Что представляет собой синхронный генератор
Задача генератора – преобразование механической вырабатываемой энергии в электрическую. Работа его двигателя основана на следующем принципе: топливо впрыскивается в цилиндр двигателя и, сгорая, трансформируется в газообразную смесь, которая расширяется и выталкивает поршень. Тот, в свою очередь, заставляет двигаться коленчатый вал, а он уже вращает ведущий. Чем больше поршней, тем быстрее скорость вращения вала. На этой стадии и происходит выработка механической энергии, преобразовываемой в электричество по закону Фарадея.
Устройство генератора
В основу любого генератора заложены два элемента:
- статор – неподвижная деталь, состоящая из медных обмоток, уложенных в пазы вокруг сердечника, представляющего собой комплект пластин из мягкой стали. В однофазном генераторе – одна обмотка, в трехфазном − три;
- ротор – вращающаяся часть, включает механизм образования магнитного поля. В бытовых генераторах обычно применяется двухполюсный ротор. Обмотка соединяется с питающим ее блоком управления (AVR) посредством двух щеточных узлов. Ротор в совокупности с обмоткой составляют индуктор.
В синхронном агрегате частота вращения, которую создает статор магнитного поля, совпадает с частотой роторного вращения.
Принцип работы
Синхронный генератор функционирует следующим образом: магнитное поле при вращении ротора пересекает статорные обмотки, чем возбуждает в них переменное напряжение. Когда подключается нагрузка в виде потребителей, в цепи появляется переменный ток. От скорости, с которой вращается ротор, непосредственно зависит напряжение, частота тока.
Электронагрузка на синхронный агрегат прямо пропорциональна нагрузке на вал двигателя, что способно повлечь изменение частоты вращения ротора, показателя напряжения. Избежать колебаний помогает блок управления, который в автоматическом режиме регулирует ток в обмотке ротора путем влияния на магнитное поле. В асинхронном генераторе электрическая связь с ротором отсутствует, поэтому параметры напряжения и тока искусственно не регулируются.
Преимущества синхронного генератора
Основным преимуществом является стабильность выходного напряжения. У асинхронных аппаратов данный показатель может существенно колебаться.
Синхронный генератор не боится повышенной нагрузки, создаваемой при подключении его во время работы энергоемкого потребителя (нагрузка переходного режима), поскольку сам является источником реактивной мощности. Асинхронные генераторы для этого снабжаются пусковыми конденсаторами.
Синхронный генератор не слишком восприимчив к перегрузкам в процессе работы благодаря системе авторегулирования.
Щеточные и бесщеточные
Щетки представляют собой скользящие контакты − токосъемы, которые прижаты к коллектору. От их качества напрямую зависит вырабатываемое напряжение. Длительная работа при больших перегрузках приводит к «выгоранию» щеток. После замены необходим небольшой период «обкатки», прежде чем подавать полную нагрузку на генератор. Наиболее долговечны и устойчивы к перегрузкам медно-графитовые щетки.
Синхронный генератор может быть бесщеточным при условии, что ток в роторе создается магнитным полем, исходящим от основной, а также от дополнительной статорной обмотки (либо только от дополнительной). То есть схема альтернатора более сложная, чем у щеточных. Преимуществом является отсутствие необходимости замены угольных компонентов (в некоторых моделях – каждые 100 часов работы), а также нет пыли от их износа, которая часто является причиной электрических пробоев.
Выбор в пользу синхронного генератора следует делать, если потребители требовательны к качеству выходного тока. Например, такой тип подойдет для обеспечения резервной электроэнергией загородного дома, где установлены различные типы чувствительных приборов.
Генераторы тока: переменного и постоянного
Отсутствие электричества сегодня не становится проблемой как в быту, так и в промышленности. Широкий ассортимент генераторов тока позволяет решить проблему быстро, с минимальными трудозатратами. Резервные источники питания незаменимы в современной реальности — всему нужна электроэнергия. Гарантии, что подачу электроэнергии не прекратят в самый неподходящий момент – не может дать ни она организация. Поэтому резервная электростанция на базе генератора постоянного или переменного тока — важное, а зачастую незаменимое оборудование, которое обеспечивает непрерывность производства, комфорт в бытовой сфере, безопасность и непрерывность технологических процессов.
Что такое генератор тока
Когда нет электрической энергии, требуется получить её из другого источника. Наши предки, например, использовали силу ветра, течения рек. Впрочем, сегодня подобную энергию применяют, если не жалко времени и сил на возведение плотин и ветряков. Генераторы тока стандартно «работают» на топливе, за счет вращения обмотки в магнитном поле преобразовывая механическую энергию вращения в электричество. Ток возникает в замкнутом контуре, протекает по обмоткам, когда к электростанции подключается потребитель — именно так работает генератор тока.
В зависимости от того, как вращается магнитное поле (при неподвижном или подвижном проводнике) различают два типа этих электрических машин — генераторы постоянного или переменного тока.
В чем разница между постоянным и переменным током
Вспоминаем уроки физики. Электроток — заряженные микрочастицы, которые «бегут» в определенном направлении. У постоянного тока частицы движутся по прямой, в одном направлении от минуса к плюсу. У переменного движение электронов идет по синусоиде с определенной частотой (полярность между проводами меняется несколько раз за заданный промежуток времени).
Разница между движением заряженных частиц заложена в принцип работы генераторов электрического тока. Для простого обывателя можно сказать так: в розетке — переменный, в батарейке — постоянный. В качестве частного случая, с очень большим упрощением, можно сказать так: всё что с напряжением до 48 Вольт — всё постоянный, всё что от 100 до 500 Вольт — переменный.
Автор статьи и специалисты Mototech прекрасно осведомлены о том, что и постоянный ток может иметь практически любое напряжение (например, 380 Вольт на шине постоянного тока в ИБП), так же как и переменный ток для узких задач.
В чем конструктивная разница между генераторами
Несмотря на то, что конечный результат работы электростанций один — потребитель получает электроэнергию, методы преобразования механической энергии в электродвижущую силу и электричество различаются. Элементы (комплектующие) также отличны.
Особенности конструкции генераторов переменного тока
Электростанция такого типа состоит из:
- Внешней силовой рамы, изготовленной из высокопрочных сплавов. Корпус рассчитан на интенсивную нагрузку, возникающую при передаче магнитного потока от полюса к полюсу. Проще говоря: чугунный кожух не «пробивается» разрядами тока.
- Магнитных полюсов, закрепленные на корпусе болтами или шпильками. На «плюс» и «минус» монтируется обмотка.
- Статора. Остов с катушкой возбуждения изготавливают из ферромагнитных материалов, на сердечнике устанавливают магнитные полюса, которые и образуют магнитное поле.
- Вращающегося ротора (якоря). Задача магнитопровода — снизить вихревые токи и повысить КПД генератора постоянного тока.
- Коммутационного узла, оснащенного щетками (обычно изготовленными из графита) и коллекторными пластинами из меди.
Полюсов может быть несколько (число минусов и плюсов всегда идентично). Поэтому сегодня потребитель может купить электростанцию необходимой мощности и обеспечить электричеством как дом, так и промышленный объект.
Особенности конструкции генератора переменного тока
Конструктивной разницы в статоре и роторе между устройствами постоянного и переменного тока нет. Практически идентичны и силовые рамы. Существенное отличие в комплектации коммуникационного узла. Каждый выход механизма помимо щеток оснащен токопроводящими кольцами. «Закольцованный» ток движется по синусоиде и несколько раз в секунду достигает пика мощности. По типу устройства, характеристикам и принципу работы современные генераторы переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.
Специфика синхронного устройства: скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля в рабочем зазоре.
Асинхронным машинам характерны:
- Отсутствие электрической связи с ротором;
- Вращение якоря под воздействием остаточного механизма статора;
- Измененная электрическая нагрузка на статоре.
Такие агрегаты могут быть однофазными и трехфазными.
Принцип работы генератора постоянного тока
Простейший по конструкции генератор работает следующим образом:
- Рамка вращается вокруг оси, расположенная на корпусе обмотка регулярно проходит через «минус» и «плюс» полюсов.
- Каждый раз при достижении разнополюсных точек, происходит смена направления тока на противоположное.
- Выходной цепи благодаря полукольцу, расположенному на коллекторном узле, создается постоянный ток.
- С помощью щеток с положительного или отрицательного полюса снимается потенциал и по схеме передается потребителю.
Такая схема работает в простейшей конструкции, с одним плюсом и минусом, если положительных/отрицательных точек больше, ЭДС и ориентировочное количество электроэнергии рассчитываются по формуле.
К преимуществам генераторов постоянного тока относят:
- Небольшой вес и компактность агрегата;
- Возможность использовать в экстремальных условиях;
- Отсутствие потерь, связанных с вихревыми токами.
Минус: на большую мощность при использовании устройств такого типа рассчитывать не стоит.
Принцип работы генератора переменного тока
Устройства такого типа преобразуют механику в электроэнергию, вращая проволочную катушку в магнитном поле. Ток вырабатывается, когда силовые линии пересекают обмотку. До тех пор, пока магнитное поле соприкасается с проводником, в нем индуцируется электроток.
Идентичный принцип действует и в случае, если рамка вращается относительно магнита, пересекая силовые линии.
Основные достоинства генераторов переменного тока
В электростанциях с синусоидальной подачей тока отсутствует реактивная мощность. То есть весь запас электроэнергии (с вычетом потерь на проводах) расходуется на нужды потребителя, а не на поддержание работоспособности устройства.
Плюсами использования генераторов переменного тока являются:
- Большая выходная мощность при одинаковых габаритах устройств постоянного и переменного тока;
- Выработка электроэнергии на низких скоростях вращения ротора;
- Проще конструкция и схема, соответственно, меньше узлов, нуждающихся в техобслуживании и ремонте;
- Конструкция токосъемного узла отличается большей надежностью;
- Больше эксплуатационный ресурс и меньше эксплуатационные затраты.
Дополнительное преимущество: агрегаты с трехфазным питанием можно использовать для питания высоковольтных потребителей.
Где применяются генераторы постоянного и переменного тока
Оба вида генераторов популярны в бытовой и промышленной сфере. Станции постоянного тока нашли применение в сфере транспорта. Так, в трамваях, троллейбусах обычно установлены двигатели, работающие на постоянном токе. Низковольтные устройства незаменимы для питания систем освещения в местах, где нет доступа к централизованной подачи электроэнергии. Например, на борту самолетов. Если большая мощность — не основополагающая характеристика электростанции, то генераторы постоянного тока отлично справятся с питанием оборудования в учебных, медицинских учреждениях, лабораториях. Полноценные дизельные электростанции постоянного тока используются на аэродромах для зарядки и питания бортовых систем летной техники.
Электростанции переменного тока необходимы практически для всего остального. 99% того, что питается от централизованной сети — это устройства переменного тока. Соответственно, аварийное питание этих объектов так же должно осуществляться от соответствующего оборудования.
Мototech специализируется на продаже электростанций различного типа. Поможем выбрать оптимальный вариант электростанции мощностью от 5 до 6000 кВА и конечно же, это будут электростанции переменного тока. Мы обеспечим сопроводительные строительные и электромонтажные работы, грамотную пуско-наладку и обслуживание устройств. С клиентами работают сотрудники с энергетическим образованием, поэтому квалифицированную информацию, ответы на вопросы и правильные расчеты характеристик в соответствии с вашими потребностями гарантируем.
Как работает генератор без магнитов
Магнитный генератор
Магнитный двигатель – это реально бесплатный генератор энергии, который может эффективно заменить подключение от локальной электрической сети, и не требует сложной разработки, нужно только купить магниты. Форум электриков утверждает, что таким образом можно создать бесшумный источник тока.
Фото — Магнитный генератор
Он работает по принципу мощных неодимовых постоянных магнитов. Когда магнитная сила достигает необходимого уровня, чтобы преодолеть трение, скорость двигателя направляется на пандусы, значение доходит до равновесия. В обычном двигателе, магнитное поле возникает от электрических катушек, которые как правило, состоят из меди (Cu), а иногда алюминия (Al).
Поскольку медь и алюминий не являются сверхпроводниками (их сопротивление не равно нулю), обычный электродвигатель должен непрерывно производить электроэнергию для поддержания магнитного поля и компенсации потерь. Этому построению сложно работать из-за высоких показателей потерь.
В магнитной конструкции не нужны катушки самоиндукции, поэтому он работает практически без потерь. Магнита использует постоянное магнитное поле, в котором генерируется сила движущегося ротора. Недостатком магнитов является то, что он не может управлять потоком. Вы не сможете переключить магнит на резистор или реле. Но преимуществ намного больше, чем недостатков:
- Низкая себестоимость;
- Отличные показатели работоспособности;
- Практически нет потерь электроэнергии.
Инструкция по сборке магнитного генератора с фото
Практическую модель этого генератора легко построить самостоятельно. Все, что вам нужно, это подходящий набор неодимовых магнитов. Очень маленькие неодимовые магниты можно найти даже в компакт-дисках или DVD фокусирующей системе.
Простейший самодельный механический генератор энергии подходит для генерации низких и средних уровней свободной мощности. Максимальная выходная величина значительно выше, чем максимум электрического контура энергии. При более легкой конструкции, чем электромагнитный прибор, мы получаем аналоговый асинхронный генератор.
Для генерации полезной электроэнергии, есть два варианта:
- 1. Использование мотков электродвигателя в качестве основы магнитного движка. Такой домашний прибор гораздо проще в конструировании, но в таком случае мотор должен иметь достаточно места для набора магнитов и обмотки катушек (при необходимости намотка осуществляется самостоятельно), для работы на дисбалансе.
- 2. Подключить к магнитному двигателю электрогенератор. Вы можете напрямую связывать валы или использовать зубчатую передачу. Второй вариант генератора способен генерировать больше энергии, но его сложно сконструировать.
Рассмотрим самостоятельный способ сборки.
Вентилятор компьютера может быть использован для создания небольшого прототипа магнитного генератора свободной энергии.
Фото — Компьютерный радиатор как двигатель
Фото — Вентилятор от компьютера в разборке
Изначально катушки используются для создания магнитного поля. Мы можем заменить катушки неодимовыми магнитами. Магниты должны быть помещены в тех же направлениях, в которых расположены исходные катушки. Это гарантирует, что ориентация магнитного поля, необходимая для работы двигателя, остается такой же. В этом двигателе, есть четыре катушки, поэтому нужно использовать четыре магнита.
Фото — Катушки Фото — Подключение неодимовых магнитов к катушке
Магниты, расположены в направление катушек. Двигатель работает из-за образовавшегося МП, он не нуждается в электроэнергии. Меняя направление магнитов, Вы можете изменять скорость вращения двигателя, соответственно и его энергию.
Фото — Правильное расположение магнитов
Фото — Поворот магнитов и работа двигателей
Эти генераторы свободной энергии – вечные, двигатели будут работать до тех пор, пока из цепи не уберется какой-то магнит. Если собрать такой мотор в домашних условиях из более мощного радиатора, то электричества хватит для питания лампочки или даже нескольких бытовых приборов (до 3 кВт), просто Вам понадобится прикрепить к устройству провода, которые будут передавать ток к потребителю электроэнергии.
Следите за новостями!
p.s. в статье использованы материалы с источников сети интернет
Что такое ротор генератора и за что он отвечает в генераторе?
В приводной технике часто содержатся элементы, для работы которых необходима электрическая энергия. Соответственно, требуется и источник непрерывного снабжения током, без чего невозможен даже первичный запуск двигателя, например, транспортного средства.
Как работает генератор
Электрический генератор — устройство, преобразующее механическую энергию, полученную от внешнего источника, в электрическую энергию на выходе. Именно она перемещает к внешней электрической цепи заряженные частицы, присутствующие в проводах обмоток. Этот поток зарядов составляет выходной электрический ток, вырабатываемый генератором, подобно тому, как водяной насос вызывает поток воды.
Результат действия генератора — возникновение относительного движения магнитного и электрического полей, что и генерирует электричество. Оно необходимо для реализации основной функции электрогенератора — обеспечить электропитание от аккумулятора. Именно зарядное устройство поддерживает заряд батареи генератора, подавая на нее напряжение. Если напряжение очень низкое, аккумулятор будет оставаться недозаряженным. Вредно и чрезмерно высокое напряжение, сокращающее срок службы батареи.
Зарядное устройство любого автомобиля имеет изолированный выход постоянного напряжения, поэтому не мешает нормальному действию генератора.
Устройство электрогенератора
Несмотря на разнообразие марок и исполнений автотранспортных средств, генераторы состоят из двух основных компонентов – статора (Г1702-3701100) и ротора (6301.3701200).
Статор — стационарный узел, размещенный в корпусе, стальном или пластиковом. Статор содержит набор электрических проводников, намотанных в катушки (2501.3708.150-21) на железном сердечнике.
Ротор (или якорь) – подвижный узел генератора, который создает вращающееся магнитное поле. Для этого используется любой из трех следующих способов:
- Электромагнитная индукция. Такие типы генераторов имеют большую мощность, предназначены для создания переменного тока и применяются, например, в мощных тягачах или большегрузных автомобилях.
- Постоянные магниты, устанавливаемые в корпус устройства. Чаще всего это генераторы сравнительно небольшой мощности переменного тока, встречающиеся в конструкциях легковых автомобилей.
- Возбудитель или небольшой источник постоянного тока, который подает питание на ротор через узел токопроводящих колец и щеток. Схема требует более тщательного технического обслуживания, поэтому предусматривается редко.
Кроме корпуса, автомобильный электрогенератор содержит также шарикоподшипники, необходимые для точного и надежного позиционирования осей ротора, регулятор напряжения и систему обмоток.
Назначение ротора
Во время работы ротор генератора (Г273В1-3.03 28В 45А) постоянно взаимодействует с регулятором напряжения. Индуцированное ротором на обмотках статора высокое переменное напряжение выдается генератором на выходе. Этот цикл продолжается до тех пор, пока генератор не начнет вырабатывать выходное напряжение, эквивалентное по величине полной рабочей мощности устройства.
По мере увеличения выходной мощности генератора регулятор напряжения начинает производить меньший постоянный ток. Как только генератор достигает своей полной рабочей мощности, регулятор напряжения переходит в состояние динамического равновесия. В результате генерируется постоянный ток, достаточный для поддержания выходной мощности генератора на полном рабочем уровне.
В процессе эксплуатации иногда требуется добавить нагрузку к генератору. Тогда значение выходного напряжения устройства несколько снижается. Это активирует регулятор напряжения. Вышеописанный цикл продолжается до тех пор, пока выходная мощность генератора не достигнет своей первоначальной полной рабочей мощности.
Конструктивные особенности роторов
Общие требования
Ротор представляет собой симметрично расположенный вал, вращающийся в цилиндрическом корпусе. Ротор обычных генераторов соединен с исполнительными элементами машины — шестернями или лопастями. Может образовывать проволочную катушку или ряд постоянных магнитов, но обязательно взаимодействует с неподвижным статором (231.3771.100), обеспечивая выработку энергии или механическое перемещение.
Конструкция роторов адаптируется к конкретным применениям и желаемым эксплуатационным характеристикам, гарантируя оптимальную эффективность и функциональность. “Якоря” проектируются таким образом, чтобы синхронизироваться с вращающимся магнитным полем, создаваемым статором.
В некоторых типах двигателей намеренно предусматривается небольшая разница в скоростях вращения. Она индуцирует в роторе электрические токи и создает крутящий момент, необходимый для функционирования двигателя.
Классификация и применение
Роторы подразделяются на несколько типов:
- Жесткие;
- Короткозамкнутые;
- С обмоткой;
- Явнополюсные;
- С постоянным магнитом;
- Жидкостные.
Жесткие “якоря” используются в высокоскоростных газовых и паровых турбинах и электродвигателях. Сохраняют форму и структуру, поскольку изготовлены из материалов высокой прочности и жесткости, что обеспечивает целостность и балансировку. Предназначены для эффективной передачи энергии и минимизации вибраций/деформаций, которые могут ухудшить производительность и надежность техники.
Короткозамкнутые роторы встречаются в асинхронных двигателях. Состоят из ламинированных железных сердечников с проводящими стержнями и кольцами, которые генерируют крутящий момент за счет вращающегося магнитного поля статора. Они долговечны и имеют высокий пусковой момент.
Роторы с обмоткой также используют в асинхронных двигателях. Они включают ламинированный железный сердечник с намотанной на него проволокой, соединенной с контактными кольцами. Через кольца регулируется сопротивление в цепи ротора, что позволяет управлять пусковым моментом и скоростью. Предпочтительны в подъемно-транспортном оборудовании и станках, где требуется точный контроль скорости и высокие пусковые моменты.
Явнополюсные роторы включают несколько ферромагнитных полюсов и устанавливаются в синхронных электромашинах. При подаче постоянного тока на обмотку полюса намагничиваются, и создают вращающееся магнитное поле, синхронизированное с частотой источника питания. Скорость ротора регулируется изменением постоянного тока или нагрузки.
Роторы с постоянным магнитом и жидкостные предусматриваются в приводах специальной техники. Эти конструкции еще не вышли из стадии экспериментальной разработки.
Выбор исполнения ротора зависит от необходимых значений крутящего момента, скорости, способа и эффективности управления основным агрегатом.