Алтернатор: устройство, принцип на работа, цел

Електрическият ток е основният вид енергия, който прави полезна работа във всички сфери на човешкия живот. Той задейства различни механизми, дава светлина, загрява къщите и оживява цял набор от устройства, които осигуряват нашето удобно съществуване на планетата. Наистина, този вид енергия е универсален. От него можете да получите всичко, което ви харесва, и дори голямо унищожение с лошо управление.

Но имаше време, когато електрическите ефекти все още присъстваха в природата, но не помогнаха на човека. Какво се е променило след това? Хората започнаха да учат физически феномени и измислили интересни машини - преобразуватели, които като цяло направиха революционен скок на нашата цивилизация, позволявайки на човек да получи една енергия от другата.

Така че хората са се научили да произвеждат електричество от обикновени метали, магнити и механично движение - това е всичко. Създадени са генератори, способни да произвеждат колосални енергийни потоци, изчислени в мегават. Интересно е обаче, че принципът на работа на тези машини не е толкова сложен и може дори да е разбираем дори за тийнейджър. Какво е това? генератор на електрически ток? Нека се опитаме да разберем този въпрос.

Ефектът на електромагнитната индукция

Основата за появата на електрически ток в проводника е електромоторната сила - ЕМП. Той е в състояние да направи заредени частици се движат, които са много в някакъв метал. Тази сила се появява само ако проводникът претърпява промяна в интензивността на магнитното поле. Самият ефект се нарича електромагнитна индукция. Емф е по-голям, толкова по-голяма е скоростта на промяна в потока на магнитните вълни. Това означава, че е възможно да се премести на постоянния магнит в близост до проводник или тел, за да повлияе поле на електромагнит, променят неговата мощност, ефектът е един и същ - на електрическия ток ще се появи в Windows Explorer.

По този въпрос през първата половина на XIX век учените са работили с Оерстед и Фарадей. Те откриха и този физически феномен. По-късно, въз основа на електромагнитната индукция, се създават токови генератори и електродвигатели. Интересното е, че тези машини могат лесно да се преобразуват един в друг.

Как функционират DC и AC генераторите?

Ясно е, че генераторът на електрически ток е електромеханична машина, която генерира ток. Но всъщност той е конвертор на енергия: вятър, вода, топлина, всичко в ЕМП, което вече причинява ток в проводника. Устройството на който и да е генератор по същество не се различава по никакъв начин от затворена проводяща верига, която се върти между полюсите на магнит, както в първите експерименти на учените. Само много повече е магнитудът на магнитния поток, произвеждан от мощни постоянни или по-често електрически магнити. Затвореният контур има формата на многоточкова намотка, която в съвременния генератор не е една, но поне три. Всичко това се прави, за да се получи възможно най-много ЕМП.

Стандартният електрически алтернатор (или постоянен) генератор се състои от:

• жилище. Изпълнява функцията на рамката, вътре в която е захванат статорът с полюсите на електромагнита. Той е инсталиран антифрикционни лагери на вала на ротора. Изработен от метал, той също така предпазва цялата вътрешна плънка на машината.
• Статор с магнитни полюси. На него се фиксира намотката на възбуждане на магнитния поток. Изработена е от феромагнитна стомана.
• Ротор или арматура. Това е движеща се част от генератора, чийто вал генерира външна сила в ротационното движение. На ядрото на арматурата се намира намотката на самовъзбуждане, където се образува електрически ток.
• Възли на комутация. Този конструктивен елемент служи за отклоняване на електричеството от подвижния вал на ротора. Той включва проводящи пръстени, които са подвижно свързани към графитните токови колектори.

Създаване на постоянен ток

В генератор, който произвежда постоянен ток, проводящата верига се върти в пространство с магнитна насищане. И за определен момент на завъртане, всяка половина на контура е близо до единия или другия полюс. Зарядът в проводника за този половин оборот се движи в една посока.

За да се получи отстраняването на частиците, се прави механизъм за отстраняване на енергията. Характеристиката му е, че всяка половина от намотката (рамка) е свързана с проводящ полукръг. Полученията не са затворени един с друг, но са закрепени към диелектричен материал. По време на периода, когато една част от намотката започва да премине определен полюс, полукръгът се затваря в електрическата верига чрез контактни четки. Оказва се, че на всеки терминал има само един вид потенциал.

По-правилно е да наричаме енергия не постоянна, а пулсираща, с постоянна полярност. Пулсирането се дължи на факта, че магнитният поток към проводника по време на въртене има както максимален, така и минимален ефект. За да се приведе в съответствие тази вълна, няколко намотки се използват на ротора и мощни кондензатори на входа на веригата. За да се намали загубата на магнитен поток, разстоянието между арматурата и статора е сведено до минимум.

Верига на алтернатора

Когато подвижната част настъпва генериране устройство сегашната ротация в проводници рамка също предизвикана електродвижещо като генератор DC. Но малка характеристика - генераторът на устройство с променлив ток на колекторната възлова точка има още един. В него всеки щифт е свързан към неговия проводящ пръстен.

Принципът на функциониране генератора на трифазен ток е, както следва: когато половината от криволичещите проходи в близост до единия полюс (друг съответно близо до противоположния полюс), веригата се движи на ток в едната посока от най-ниското до най-висока стойност и обратно до нула. Щом намотките променят позицията си по отношение на полюсите, токът започва своето движение в обратна посока със същата редовност.

На входа на схемата се получава форма на вълната под формата на синусоид с половин вълнова честота, 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 непроменен.

Магнитни генератори газ тип

Конструкциите на токови генератори, в които се използва проводяща плазма, течност или газ вместо метална рамка като носител на заряд, се наричат ​​MHD генератори. Веществата под налягане се задвижват в поле на магнитно напрежение. Под въздействието на една и съща EMF индукция, заредените частици придобиват насочено движение, създавайки електрически ток. Магнитудът на тока е пряко пропорционален на скоростта на преминаване през магнитния поток, както и на неговата мощност.

MHD генераторите имат по-просто конструктивно решение - те нямат ротационен механизъм на ротора. Такива захранвания са в състояние да доставят големи количества енергия за кратки периоди от време. Те се използват като резервни устройства и при аварийни ситуации. Коефициентът, определящ полезния ефект (ефективност) на тези машини, е по-висок от този на електрическия алтернатор.

Синхронен генератор за променлив ток

Има такива видове алтернатори:

• Машините са синхронни.
• Машини асинхронни.

Синхронният алтернатор има строга физическа връзка между въртеливото движение на ротора и генерирани по честота електричество. В такива системи роторът е електромагнит, сглобен от сърцевини, стълбове и вълнуващи намотки. Последните се захранват от източник на постоянен ток чрез четки и пръстеновидни контакти. Статорът е намотка от жица, свързана със звезден принцип с обща точка - нула. Те вече предизвикаха ЕМП и произведоха ток.

Роторният вал се задвижва от външна сила, обикновено турбини, чиято честота на движение е синхронизирана и постоянна. Електрическа схема за свързване на такъв генератор е трифазен верига, честотата на тока в един ред, който е фазово изместен на 120 градуса спрямо другите линии. За да се получи правилна синусоида, посоката на магнитния поток в пространството между статора и ротора част се регулира дизайн на последната.

Възбуждането на генератор на променлив ток се осъществява по два начина:

1. Контакт.
2. Безконтактни.

В контактната възбуждаща верига електричеството от друг генератор се подава към бобините на електромагнита чрез двойка четки. Този генератор може да се комбинира с главния вал. Това обикновено има по-малко сила, но достатъчно, за да създаде силно магнитно поле.

Близостта принцип предвижда, че вал алтернатор има допълнителен трифазна намотка, в които по време на въртене, индуцирана електродвижеща сила се генерира и електроенергия. Той се подава през направляващата верига към възбуждащите бобини на ротора. Структурно, в тази система няма мобилни контакти, което опростява системата, което я прави по-надеждна.

Асинхронен генератор

Има асинхронен алтернатор. Устройството се различава от синхронното. Няма точна зависимост от ЕМП по честотата, с която валът на ротора се върти. Има такова нещо като "приплъзване S", което характеризира тази разлика на влияние. стойност хлъзгане се определя чрез изчисляване, така че е погрешно да се мисли, че не би било модели в процеса на електромеханично асинхронен двигател.

Ако генераторът работи празна, натоварване на тока, протичащ в намотките ще генерира магнитен поток, който предотвратява въртенето на ротора с предварително определена честота. Това създава приплъзване, което естествено влияе върху производството на ЕМП.

Модерният асинхронен алтернатор на подвижна част има три различни вида:

1. Кухо ротор.
2. Кратък ротор.
3. Фазов ротор.

Такива машини могат да имат самостоятелно и независимо възбуждане. Първата схема се реализира благодарение на включването на кондензатори и полупроводникови преобразуватели в намотката. Възбуждането на независим тип се създава от допълнителен източник на променлив ток.

Схеми за превключване на генераторите

Всички мощни захранвания на електропроводите произвеждат трифазен електрически ток. Те съдържат три намотки, в които се образуват променливи токове с фаза, изместени една от друга с 1/3 от периода. Ако разгледаме всяка отделна намотка на такъв източник на енергия, ние ще получим еднофазен променлив ток. Напрежението на десетки хиляди волта може да доведе до генериране. 220 V получателят получава от разпределителния трансформатор.

Всеки алтернатор е стандартно устройство за навиване, но връзката с товара е от два вида:

• звезда;
• триъгълник.

Принципът на работа на алтернатор, задвижван от звезда, предполага обединяването на всички жици (нула) в един, които преминават от товара обратно към генератора. Това се дължи на факта, че сигналът (електрически ток) се предава главно чрез изходящата намотка (линейна), която се нарича фаза. На практика това е много удобно, защото не е нужно да дърпате три допълнителни проводника, за да свържете потребителя. Напрежението между линиите и линиите и неутралните проводници ще бъде различно.

Чрез свързване на намотките на генератора с триъгълник, те са свързани едно с друго последователно в една верига. От точките на връзката им се насочват линии към потребителите. Тогава не се нуждаете нула тел, и напрежението на всяка линия ще бъде същото независимо от товара.

Предимството на трифазния ток преди еднофазен ток е неговата по-малка пулсация по време на ректификацията. Това има положителен ефект върху захранването, особено двигателите за постоянен ток. Също така, трифазният ток генерира въртящ поток от магнитно поле, който може да задвижва мощни асинхронни двигатели.

Където е приложимо генератори за постоянен ток и променлив ток

DC генераторите са много по-малки по размер и тегло от AC машини. С по-сложен дизайн от последните, те все още се използват в много отрасли.

Основното разпределение, което те получават като високоскоростни задвижвания в машини, където се изисква контрол на скоростта, например в металообработващи машини, мостови повдигачи, валцовъчни машини. В транспорта такива генератори се монтират на дизелови локомотиви, различни плавателни съдове. Много модели ветрогенератори се сглобяват въз основа на източници на постоянно напрежение.

Генератори за постоянен ток се използват в специално предназначение заваряване, за възбуждане на синхронни генератори тип намотките като усилвателите DC, за доставка на галванични и електролизни инсталации.

Целта на алтернатора е да генерира електроенергия в промишлен мащаб. Този вид енергия даде на човечеството Никола Тесла. Защо е широко използвана по-скоро полярната обратна ток, отколкото постоянната? Това се дължи на факта, че когато се предава DC напрежение, има големи загуби в проводниците. И колкото по-дълго тел, толкова по-високи загуби. Променливото напрежение може да се транспортира на огромни разстояния при много по-ниски разходи. Освен това е лесно да се преобразува променливо напрежение (спускане и повдигане), което генераторът генерира 220 V.

заключение

Човекът не знае напълно природата на магнетизма, който прониква навсякъде. А електрическата енергия е само малка част от откритите тайни на Вселената. Машините, които наричаме генератори на енергия, са по същество много прости, но това, което могат да ни дадат, е невероятно. Истинското чудо тук не е в технологиите, а в мисълта за човек, който може да проникне в неизчерпаемия резервоар на идеи, разлети в космоса!