Paano gumagana ang mga generator ng AC at DC?

Ang terminong "henerasyon" sa electrical engineering ay nagmula sa wikang Latin. Ibig sabihin ay "kapanganakan". Tungkol sa enerhiya, masasabi nating ang mga generator ay mga teknikal na kagamitan na gumagawa ng kuryente.

Sa kasong ito, dapat tandaan na ang electric current ay maaaring gawin sa pamamagitan ng pag-convert ng iba't ibang uri ng enerhiya, halimbawa:

• kemikal;

• liwanag;

• thermal at iba pa.

Sa kasaysayan, ang mga generator ay mga istruktura na nagko-convert ng kinetic energy ng pag-ikot sa kuryente.

Ayon sa uri ng kuryenteng nabuo, ang mga generator ay:

1. direktang kasalukuyang;

2. variable.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng pinakasimpleng generator

Ang mga pisikal na batas na ginagawang posible na lumikha ng mga modernong electrical installation para sa pagbuo ng kuryente sa pamamagitan ng pagbabago ng mekanikal na enerhiya ay natuklasan ng mga siyentipiko na sina Oersted at Faraday.

Nalalapat ang anumang disenyo ng generator prinsipyo ng electromagnetic inductionkapag mayroong isang induction ng isang electric current sa isang closed frame dahil sa intersection nito sa isang umiikot na magnetic field na nilikha permanenteng magneto sa mga pinasimpleng modelo para sa paggamit sa bahay o mga excitation coils sa mga produktong pang-industriya na may tumaas na kapangyarihan.

Kapag inikot mo ang bezel, nagbabago ang magnitude ng magnetic flux.

Ang electromotive force na na-induce sa loop ay depende sa rate ng pagbabago ng magnetic flux na tumagos sa loop sa isang closed loop S at direktang proporsyonal sa halaga nito. Ang mas mabilis na pag-ikot ng rotor, mas mataas ang boltahe na nabuo.

Upang lumikha ng isang saradong loop at ilihis ang electric current mula dito, kinakailangan upang lumikha ng isang kolektor at isang brush na nagbibigay ng patuloy na pakikipag-ugnay sa pagitan ng umiikot na frame at isang nakatigil na bahagi ng circuit.

Dahil sa pagtatayo ng mga spring-loaded na brush na pinindot laban sa mga plate ng kolektor, ang electric current ay ipinapadala sa mga terminal ng output at mula sa kanila ay pumasa sa network ng consumer.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng pinakasimpleng generator ng DC

Habang umiikot ang frame sa paligid ng axis, ang kaliwa at kanang bahagi nito ay umiikot sa timog o hilagang pole ng mga magnet. Sa bawat oras sa kanila ay may pagbabago sa direksyon ng mga alon sa kabaligtaran, upang sa bawat poste ay dumadaloy sila sa isang direksyon.

Upang lumikha ng isang direktang kasalukuyang sa output circuit, ang isang kalahating singsing ay nilikha sa node ng kolektor para sa bawat kalahati ng coil. Ang mga brush na katabi ng singsing ay nag-aalis ng potensyal lamang ng kanilang palatandaan: positibo o negatibo.

Dahil ang semi-ring ng umiikot na frame ay bukas, ang mga sandali ay nilikha sa loob nito kapag ang kasalukuyang umabot sa pinakamataas na halaga nito o wala. Upang mapanatili hindi lamang ang direksyon, kundi pati na rin ang isang palaging halaga ng nabuong boltahe, ang frame ay ginawa ayon sa isang espesyal na inihanda na teknolohiya:

• hindi ito gumagamit ng isang likid, ngunit marami - depende sa laki ng nakaplanong boltahe;

• ang bilang ng mga frame ay hindi limitado sa isang kopya: sinusubukan nilang gumawa ng sapat na numero upang mahusay na mapanatili ang pagbaba ng boltahe sa parehong antas.

Sa DC generator, ang rotor windings ay matatagpuan sa mga puwang magnetic circuit… Nagbibigay-daan ito upang mabawasan ang pagkawala ng sapilitan na electromagnetic field.

Mga tampok ng disenyo ng mga generator ng DC

Ang mga pangunahing elemento ng aparato ay:

• panlabas na power frame;

• magnetic pole;

• stator;

• umiikot na rotor;

• switch block na may mga brush.

Frame na gawa sa bakal na haluang metal o cast iron upang magbigay ng mekanikal na lakas sa pangkalahatang istraktura. Ang isang karagdagang gawain ng pabahay ay ang paglipat ng magnetic flux sa pagitan ng mga pole.

Mga poste ng magnet na nakakabit sa katawan na may mga pin o bolts. Ang isang coil ay naka-mount sa kanila.

Ang stator, na tinatawag ding yoke o skeleton, ay gawa sa mga ferromagnetic na materyales. Ang coil ng excitation coil ay nakalagay dito. Ang core ng stator ay nilagyan ng mga magnetic pole na bumubuo sa magnetic field nito.

Ang rotor ay may kasingkahulugan: anchor. Ang magnetic core nito ay binubuo ng mga laminated plate na nagpapababa sa pagbuo ng mga eddy currents at nagpapataas ng kahusayan. Ang rotor at/o self-excitation windings ay inilalagay sa mga pangunahing channel.

Isang switching node na may mga brush, maaari itong magkaroon ng ibang bilang ng mga pole, ngunit palaging isang multiple ng dalawa. Ang materyal ng brush ay karaniwang grapayt. Ang mga plate ng kolektor ay gawa sa tanso, bilang ang pinakamainam na metal na angkop para sa mga de-koryenteng katangian ng kasalukuyang pagpapadaloy.

Salamat sa paggamit ng isang switch, ang isang pulsating signal ay nabuo sa mga output terminal ng DC generator.

Ang mga pangunahing uri ng mga konstruksyon ng mga generator ng DC

Ayon sa uri ng power supply ng excitation coil, ang mga aparato ay nakikilala:

1. may self-excitation;

2. gumagana sa batayan ng malayang pagsasama.

Ang mga unang produkto ay maaaring:

• gumamit ng mga permanenteng magnet;

• o nagpapatakbo mula sa mga panlabas na mapagkukunan, hal. mga baterya, wind turbine...

Ang mga independiyenteng inililipat na generator ay gumagana mula sa kanilang sariling paikot-ikot, na maaaring konektado:

• sunud-sunod;

• shunt o parallel excitation.

Ang isa sa mga opsyon para sa naturang koneksyon ay ipinapakita sa diagram.

Ang isang halimbawa ng isang generator ng DC ay isang disenyo na kadalasang ginagamit sa automotive engineering noong nakaraan. Ang istraktura nito ay kapareho ng sa isang induction motor.

Ang ganitong mga istruktura ng kolektor ay maaaring gumana nang sabay-sabay sa engine o generator mode. Dahil dito, naging laganap ang mga ito sa mga umiiral na hybrid na sasakyan.

Proseso ng pagbuo ng anchor

Nangyayari ito sa idle mode kapag ang presyon ng brush ay hindi wastong na-adjust, na lumilikha ng suboptimal friction mode. Ito ay maaaring humantong sa pagbawas sa magnetic field o sunog dahil sa tumaas na sparking.

Ang mga paraan upang mabawasan ay:

• kompensasyon ng mga magnetic field sa pamamagitan ng pagkonekta ng mga karagdagang pole;

• pagsasaayos ng offset ng posisyon ng mga brush ng kolektor.

Mga kalamangan ng mga generator ng DC

Kabilang sa mga ito ang:

• walang pagkalugi dahil sa hysteresis at eddy current formation;

• magtrabaho sa matinding kondisyon;

• pinababang timbang at maliliit na sukat.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng pinakasimpleng alternator

Sa loob ng disenyong ito, ang parehong mga detalye ay ginagamit tulad ng sa nakaraang analogue:

• magnetic field;

• umiikot na frame;

• collector block na may kasalukuyang mga drain brush.

Ang pangunahing pagkakaiba ay nakasalalay sa disenyo ng pagpupulong ng kolektor, na idinisenyo upang kapag ang frame ay umiikot sa pamamagitan ng mga brush, ang pakikipag-ugnay ay patuloy na ginagawa sa kalahati ng frame nang hindi binabago ng paikot ang kanilang posisyon.

Samakatuwid, ang kasalukuyang, na nagbabago ayon sa mga batas ng harmonika sa bawat kalahati, ay ganap na inililipat sa mga brush, at pagkatapos ay sa pamamagitan ng mga ito sa consumer circuit.

Naturally, ang frame ay nilikha sa pamamagitan ng paikot-ikot na hindi mula sa isang pagliko, ngunit isang kinakalkula na bilang ng mga ito upang makamit ang pinakamainam na pag-igting.

Kaya, ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga generator ng DC at AC ay karaniwan, at ang mga pagkakaiba sa disenyo ay nasa paggawa ng:

• umiikot na rotor collector assembly;

• pagsasaayos ng rotor winding.

Mga tampok ng disenyo ng mga pang-industriyang alternator

Isaalang-alang ang mga pangunahing bahagi ng isang pang-industriyang induction generator kung saan ang rotor ay tumatanggap ng rotational motion mula sa isang kalapit na turbine. Kasama sa konstruksiyon ng stator ang isang electromagnet (bagaman ang magnetic field ay maaaring malikha ng isang set ng mga permanenteng magnet) at isang rotor winding na may isang tiyak na bilang ng mga liko.

Ang isang electromotive na puwersa ay sapilitan sa bawat loop, na sunud-sunod na idinagdag sa bawat isa sa kanila at bumubuo sa mga terminal ng output ang kabuuang halaga ng boltahe na ibinibigay sa supply circuit ng mga konektadong mga mamimili.

Upang madagdagan ang amplitude ng EMF sa output ng generator, ginagamit ang isang espesyal na disenyo ng magnetic system, na gawa sa dalawang magnetic circuit dahil sa paggamit ng mga espesyal na grado ng electrical steel sa anyo ng mga laminated plate na may mga channel. Ang mga coils ay naka-install sa loob ng mga ito.

Sa generator housing, mayroong stator core na may mga channel upang mapaunlakan ang isang coil na lumilikha ng magnetic field.

Ang rotor na umiikot sa mga bearings ay mayroon ding slotted magnetic circuit sa loob kung saan naka-mount ang isang coil na tumatanggap ng induced EMF. Karaniwan, ang pahalang na direksyon ay pinili para sa axis ng pag-ikot, bagaman may mga generator na may vertical na pag-aayos at ang kaukulang disenyo ng mga bearings.

Ang isang puwang ay palaging nilikha sa pagitan ng stator at rotor, na kinakailangan upang matiyak ang pag-ikot at maiwasan ang jamming. Ngunit sa parehong oras, mayroong pagkawala ng magnetic induction energy sa loob nito. Samakatuwid, sinusubukan nilang gawin itong maliit hangga't maaari, isinasaalang-alang ang parehong mga kinakailangan sa isang pinakamainam na paraan.

Matatagpuan sa parehong baras bilang rotor, ang exciter ay medyo mababa ang kapangyarihan ng direktang kasalukuyang generator. Ang layunin nito: upang magbigay ng kuryente sa mga windings ng isang power generator sa isang estado ng independiyenteng paggulo.

Ang ganitong mga exciter ay kadalasang ginagamit sa mga disenyo ng turbine o hydraulic generator kapag lumilikha ng isang pangunahin o backup na paraan ng paggulo.

Ang larawan ng isang pang-industriyang generator ay nagpapakita ng pag-aayos ng mga slip ring at brush upang makuha ang mga alon mula sa isang umiikot na istraktura ng rotor. Sa panahon ng operasyon, ang aparatong ito ay sumasailalim sa patuloy na mekanikal at elektrikal na stress. Upang mapagtagumpayan ang mga ito, isang kumplikadong istraktura ang nilikha, na sa panahon ng operasyon ay nangangailangan ng mga pana-panahong pagsusuri at mga hakbang sa pag-iwas.

Upang bawasan ang nabuong mga gastos sa pagpapatakbo, gumamit ng ibang alternatibong teknolohiya na gumagamit din ng interaksyon sa pagitan ng mga umiikot na electromagnetic field. Ang mga permanenteng o electric magnet lamang ang inilalagay sa rotor at ang boltahe ay tinanggal mula sa nakatigil na coil.

Kapag lumilikha ng naturang circuit, ang nasabing istraktura ay maaaring tawaging terminong "alternator". Ginagamit ito sa mga kasabay na generator: mataas na dalas, automotive, diesel lokomotibo at barko, mga pag-install ng power plant para sa produksyon ng kuryente.

Mga katangian ng mga kasabay na generator

Prinsipyo ng pagpapatakbo

Ang pangalan at natatanging tampok ng aksyon ay namamalagi sa paglikha ng isang matibay na koneksyon sa pagitan ng dalas ng alternating electromotive force na sapilitan sa stator winding «f» at ang pag-ikot ng rotor.

Ang isang three-phase winding ay naka-mount sa stator, at sa rotor mayroong isang electromagnet na may core at isang kapana-panabik na paikot-ikot na pinapakain ng mga DC circuit sa pamamagitan ng isang brush collector.

Ang rotor ay hinihimok sa pag-ikot ng isang mapagkukunan ng mekanikal na enerhiya - isang drive motor sa parehong bilis. Ang magnetic field nito ay gumagawa ng parehong paggalaw.

Ang mga electromotive na puwersa ng parehong magnitude ngunit inilipat ng 120 degrees sa direksyon ay sapilitan sa mga windings ng stator, na lumilikha ng isang three-phase symmetrical system.

Kapag nakakonekta sila sa mga dulo ng windings ng mga circuit ng consumer, ang mga phase current ay nagsisimulang kumilos sa circuit, na bumubuo ng magnetic field na umiikot sa parehong paraan: sabay-sabay.

Ang anyo ng output signal ng sapilitan na EMF ay nakasalalay lamang sa batas ng pamamahagi ng magnetic induction vector sa puwang sa pagitan ng mga pole ng rotor at ng mga plato ng stator. Samakatuwid, hinahangad nilang lumikha ng gayong disenyo kapag nagbabago ang laki ng induction ayon sa sinusoidal na batas.

Kapag pare-pareho ang gap, ang flow vector sa loob ng gap ay trapezoidal, tulad ng ipinapakita sa line graph 1.

Gayunpaman, kung ang hugis ng mga palawit sa mga pole ay naitama upang maging skewed sa pamamagitan ng pagbabago ng puwang sa pinakamataas na halaga, kung gayon posible na makamit ang isang sinusoidal na hugis ng pamamahagi tulad ng ipinapakita sa linya 2. Ang pamamaraan na ito ay ginagamit sa pagsasanay.

Mga circuit ng paggulo para sa mga kasabay na generator

Ang magnetomotive force na nagmumula sa excitation winding ng rotor «OB» ay lumilikha ng magnetic field nito. Para dito mayroong iba't ibang disenyo ng DC exciter batay sa:

1. paraan ng pakikipag-ugnayan;

2. non-contact method.

Sa unang kaso, ang isang hiwalay na generator na tinatawag na exciter «B» ay ginagamit. Ang excitation coil nito ay pinapagana ng karagdagang generator ayon sa prinsipyo ng parallel excitation, na tinatawag na «PV» exciter.

Ang lahat ng mga rotor ay matatagpuan sa isang karaniwang baras. Samakatuwid, sila ay umiikot sa eksaktong parehong paraan. Ang mga rheostat r1 at r2 ay ginagamit upang i-regulate ang mga agos sa mga circuit ng paggulo at amplifier.

Sa non-contact method, walang mga slip ring sa rotor. Ang isang three-phase exciter winding ay direktang naka-mount dito. Ito ay umiikot nang sabay-sabay sa rotor at nagpapadala ng electric direct current sa pamamagitan ng co-rotating rectifier nang direkta sa exciter winding «B».

Ang mga uri ng contactless circuit ay:

1. self-excitation system mula sa sariling winding ng stator;

2. awtomatikong pamamaraan.

Sa unang paraan, ang boltahe mula sa windings ng stator ay pinapakain sa step-down na transpormer, at pagkatapos ay sa semiconductor rectifier «PP», na bumubuo ng direktang kasalukuyang.

Sa pamamaraang ito, ang paunang paggulo ay nilikha dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng natitirang magnetism.

Ang awtomatikong pamamaraan para sa paglikha ng self-excitation ay nagsasangkot ng paggamit ng:

• boltahe transpormer VT;

• automated excitation regulator ATS;

• kasalukuyang transpormer TT;

• rectifier VT;

• thyristor converter TP;

• bloke ng proteksyon BZ.

Mga katangian ng mga asynchronous generator

Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga disenyong ito ay ang kakulangan ng matibay na ugnayan sa pagitan ng bilis ng rotor (nr) at ang EMF na na-induce sa coil (n). Palaging may pagkakaiba sa pagitan nila, na tinatawag na "slip". Ito ay tinutukoy ng Latin na titik na "S" at ipinahayag ng formula S = (n-nr) / n.

Kapag ang load ay konektado sa generator, isang braking torque ay nilikha upang i-on ang rotor. Nakakaapekto ito sa dalas ng nabuong EMF, lumilikha ng negatibong slip.

Ang pagtatayo ng rotor para sa mga asynchronous na generator ay ginawa:

• short circuit;

• yugto;

• guwang.

Ang mga asynchronous generator ay maaaring magkaroon ng:

1. malayang kaguluhan;

2. self-excitation.

Sa unang kaso, ginagamit ang isang panlabas na mapagkukunan ng boltahe ng AC, at sa pangalawa, ang mga semiconductor converter o capacitor ay ginagamit sa pangunahin, pangalawa o parehong uri ng mga circuit.

Kaya, ang mga alternator at direktang kasalukuyang generator ay magkapareho sa mga prinsipyo ng konstruksiyon, ngunit naiiba sa disenyo ng ilang mga elemento.