Virtageneraattori muuntaa mekaanisen (kineettisen) energian sähköenergiaksi. Energia-alalla käytetään vain pyöriviä sähkökonegeneraattoreita, jotka perustuvat sähkömotorisen voiman (EMF) esiintymiseen johtimessa, johon muuttuva magneettikenttä jollakin tavalla vaikuttaa. Se osa generaattorista, joka on tarkoitettu luomaan magneettikenttä, kutsutaan induktoriksi, ja osaa, jossa EMF indusoituu, kutsutaan ankkuriksi.
Koneen pyörivää osaa kutsutaan roottori, ja kiinteä osa staattori. Synkronisissa koneissa vaihtovirta induktori on yleensä roottori ja DC-koneissa staattori. Molemmissa tapauksissa induktori on yleensä kaksi- tai moninapainen sähkömagneettinen järjestelmä, joka on varustettu virityskäämillä, jota syötetään tasavirta(viritysvirta), mutta on myös kestomagneettijärjestelmästä koostuvia keloja. Induktio (asynkroninen) vaihtovirtageneraattorit induktori ja ankkuri eivät ole selvästi (rakenteellisesti) erotettavissa toisistaan (voidaan sanoa, että staattori ja roottori ovat samanaikaisesti sekä kela että ankkuri).
Yli 95 % maailman voimalaitosten sähköstä tuotetaan käyttämällä synkroniset vaihtovirtageneraattorit. Näissä generaattoreissa pyörivän kelan avulla luodaan pyörivä magneettikenttä, joka indusoi staattorin (yleensä kolmivaiheiseen) käämiin vaihtuvan EMF:n, jonka taajuus vastaa täsmälleen roottorin nopeutta (on synkronissa kelan nopeus). Jos induktorissa on esimerkiksi kaksi napaa ja se pyörii taajuudella 3000 r/min (50 r/s), niin staattorikäämin jokaisessa vaiheessa indusoituu muuttuva EMF taajuudella 50 Hz. Tällaisen generaattorin rakenne on esitetty yksinkertaistetusti kuvassa. 1.
Riisi. 1. Kaksinapaisen synkronisen generaattorin laitteen periaate. 1 staattori (ankkuri), 2 roottori (induktori), 3 akselia, 4 koteloa. U-X, V-Y, W-Z - kolmen vaiheen käämien osat, jotka on sijoitettu staattorin uriin
Staattorin magneettijärjestelmä on puristettu ohuista teräslevyistä koostuva paketti, jonka urissa staattorin käämitys sijaitsee. Käämiö koostuu kolmesta vaiheesta, jotka on siirretty kaksinapaisessa koneessa toisiinsa nähden 1/3 staattorin kehästä; siksi vaihekäämeissä indusoituvat EMF:t, jotka siirretään suhteessa toisiinsa 120o. Kunkin vaiheen käämitys koostuu puolestaan sarjaan tai rinnan kytketyistä monikierroskäämeistä. Yksi yksinkertaisimmista suunnitteluvaihtoehdoista tällaiselle kaksinapaisen generaattorin kolmivaihekäämitykselle on yksinkertaistettu kuvassa. 2 (yleensä kelojen lukumäärä kussakin vaiheessa on enemmän kuin tässä kuvassa). Niitä kelojen osia, jotka ovat urien ulkopuolella, staattorin etupinnalla, kutsutaan etuliitoksiksi.
Riisi. 2. Kolmivaiheisen kaksinapaisen synkronisen generaattorin staattorikäämin laitteen yksinkertaisin periaate, kun kummassakin vaiheessa on kaksi kelaa. 1 staattorin magneettijärjestelmän pinnan skannaus, 2 käämikäämiä, U-, V-, W-vaihekäämitykset, X-, Y-, Z-vaihekäämitykset
Induktorin napoja ja tämän mukaisesti staattorin napajakoja voi olla enemmän kuin kaksi. Mitä hitaammin roottori pyörii, sitä enemmän napojen lukumäärän tulisi olla tietyllä virtataajuudella. Jos esimerkiksi roottori pyörii taajuudella 300 r/min, generaattorin napojen lukumäärän tulisi olla 20 vaihtovirtataajuuden saamiseksi 50 Hz. Esimerkiksi yhdellä suurimmista vesivoimaloista Maailman tehtailla Itaipu HPP (katso kuva 4) 50 Hz:llä toimivat generaattorit ovat 66-napaisia ja 60 Hz:llä toimivat generaattorit 78-napaisia.
Kaksi- tai nelinapaisen generaattorin virityskäämi sijoitetaan kuvan 1 mukaisesti. 1, roottorin massiivisen teräsytimen urissa. Tällainen roottorirakenne on välttämätön nopeilla generaattoreilla, jotka toimivat nopeudella 3000 tai 1500 r / min (erityisesti turbogeneraattoreille, jotka on suunniteltu liitettäväksi höyryturbiineihin), koska tällä nopeudella roottorin käämiin vaikuttavat suuret keskipakovoimat . Suuremmalla napamäärällä jokaisella navalla on erillinen herätekäämi (kuva 3.12.3). Tällaista laitteen näkyvää napaperiaatetta käytetään erityisesti matalanopeuksisissa generaattoreissa, jotka on tarkoitettu liitettäväksi hydrauliturbiineihin (hydrauligeneraattorit), jotka toimivat yleensä nopeudella 60 r/min - 600 r/min.
Hyvin usein tällaiset generaattorit, voimakkaiden hydrauliturbiinien suunnittelun mukaisesti, valmistetaan pystysuoralla akselilla.
Riisi. 3. Hidasnopeuksisen synkronisen generaattorin roottorin periaate. 1 napa, 2 kenttäkäämitystä, 3 asennuspyörää, 4 akselia
Herätyskäämi synkroninen generaattori yleensä saa virtansa tasavirralla ulkoisesta lähteestä roottorin akselin liukurenkaiden kautta. Aikaisemmin tätä varten toimitettiin erityinen DC-generaattori (herätin), joka oli kytketty jäykästi generaattorin akseliin, ja nyt käytetään yksinkertaisempia ja halvempia puolijohdetasasuuntaajia. Roottoriin on myös rakennettu viritysjärjestelmiä, joissa EMF indusoituu staattorin käämityksellä. Jos kestomagneetteja käytetään magneettikentän luomiseen sähkömagneettisen järjestelmän sijasta, viritysvirtalähde eliminoituu ja generaattorista tulee paljon yksinkertaisempi ja luotettavampi, mutta samalla kalliimpi. Siksi kestomagneetteja käytetään yleensä suhteellisen pienitehoisissa generaattoreissa (jopa useita satoja kilowatteja).
Turbogeneraattoreiden rakenne on suhteellisen pienen halkaisijaltaan sylinterimäisen roottorin ansiosta erittäin kompakti. Niiden ominaispaino on yleensä 0,5…1 kg/kW ja teho voi olla jopa 1600 MW. Hydrogeneraattoreiden laite on hieman monimutkaisempi, roottorin halkaisija on suuri ja niiden ominaispaino on siksi yleensä 3,5 ... 6 kg / kW. Tähän asti niitä on valmistettu nimellisteholla 800 MW asti.
Generaattorin toiminnan aikana siinä esiintyy energiahäviöitä, jotka aiheutuvat käämien aktiivisesta resistanssista (häviöt kuparissa), pyörrevirroista ja hystereesistä magneettijärjestelmän aktiivisissa osissa (häviöt teräksessä) sekä kitkasta pyörivien laakereissa. osat (kitkahäviöt). Huolimatta siitä, että kokonaishäviöt eivät yleensä ylitä 1 ... 2 % generaattorin tehosta, häviöiden seurauksena vapautuvan lämmön poistaminen voi olla vaikeaa. Jos oletetaan yksinkertaisesti, että generaattorin massa on verrannollinen sen tehoon, niin sen lineaariset mitat ovat verrannollisia tehon kuutiojuureen ja pintamitat ovat verrannollisia tehoon 2/3:n tehoon. Siksi tehon kasvaessa jäähdytyselementin pinta kasvaa hitaammin kuin generaattorin nimellisteho. Kun luonnollinen jäähdytys riittää usean sadan kilowatin luokkaa oleville tehoille, niin suuremmilla tehoilla on tarpeen siirtyä pakkotuuletukseen ja noin 100 MW:sta alkaen käyttää vetyä ilman sijaan. Kun vielä suuria kapasiteettia(esim. yli 500 MW) vetyjäähdytystä on tarpeen täydentää vedellä. Suurissa generaattoreissa on tarpeen jäähdyttää laakerit erityisesti käyttämällä tähän yleensä öljynkiertoa.
Generaattorin lämmönpoistoa voidaan vähentää merkittävästi käyttämällä suprajohtavia herätekäämiä. Ensimmäisen tällaisen generaattorin (kapasiteetti 4 MVA), joka on suunniteltu käytettäväksi laivoissa, valmisti vuonna 2005 saksalainen sähkötekniikkayritys Siemens (Siemens AG). Synkronisten generaattoreiden nimellisjännite on tehosta riippuen yleensä välillä 400 V - 24 kV. Myös korkeampia nimellisjännitteitä (jopa 150 kV) käytettiin, mutta erittäin harvoin. Synkronisten verkkotaajuusgeneraattoreiden (50 Hz tai 60 Hz) lisäksi valmistetaan myös korkeataajuisia generaattoreita (30 kHz asti) ja matalataajuisia generaattoreita (16,67 Hz tai 25 Hz), joita käytetään sähköistetyissä. rautatiet ah, jotkut Euroopan maat. Synkroniset generaattorit sisältävät periaatteessa myös synkronisen kompensaattorin, joka on tyhjäkäynnillä toimiva synkroninen moottori, joka toimittaa loistehoa suurjännitejakeluverkkoon. Tällaisen koneen avulla on mahdollista kattaa paikallisten teollisuussähkönkuluttajien loistehokulutus ja vapauttaa voimajärjestelmän kantaverkko loisvoimansiirrosta.
Synkronisten generaattoreiden lisäksi niitä voidaan käyttää suhteellisen harvoin ja suhteellisen pienillä tehoilla (jopa useita megawatteja) asynkroniset generaattorit. Tällaisen generaattorin roottorikäämissä staattorin magneettikenttä indusoi virran, jos roottori pyörii nopeammin kuin verkkotaajuinen staattorin pyörivä magneettikenttä. Tällaisten generaattoreiden tarve syntyy yleensä silloin, kun on mahdotonta varmistaa primäärimoottorin (esimerkiksi tuuliturbiini, jotkut pienet vesiturbiinit jne.) tasaista pyörimisnopeutta.
klo DC generaattori magneettinapat yhdessä virityskäämin kanssa sijaitsevat yleensä staattorissa ja ankkurikäämi roottorissa. Koska roottorin käämitykseen indusoituu sen pyöriessä muuttuva EMF, ankkuri on varustettava kollektorilla (kytkimellä), jonka avulla generaattorin lähdössä (kollektoriharjoilla) saadaan vakio EMF. Tällä hetkellä tasavirtageneraattoreita käytetään harvoin, koska tasavirtaa on helpompi saada puolijohteisten tasasuuntaajien avulla.
Sähkögeneraattoreita ovat mm sähköstaattiset generaattorit, jonka pyörivälle osalle syntyy kitkan avulla (tribosähköisesti) suurjännitesähkövaraus. Ensimmäisen tällaisen generaattorin (käsin pyöritettävä rikkipallo, joka sähköistettiin kitkalla ihmisen kättä vasten) valmisti vuonna 1663 Magdeburgin kaupungin pormestari (Magdeburg, Saksa) Otto von Guericke (Otto von Guericke, 1602–1686). ). Kehittämisensä aikana tällaiset generaattorit mahdollistivat monien sähköisten ilmiöiden ja kuvioiden löytämisen. Ne eivät ole vieläkään menettäneet merkitystään fysiikan kokeellisen tutkimuksen välineenä.
Ensimmäisen teki 4. marraskuuta 1831 Michael Faraday, Lontoon kuninkaallisen instituutin professori (1791-1867). Generaattori koostui hevosenkengän muotoisesta kestomagneetista ja magneettinapojen välissä pyörivästä kuparikiekosta (kuva 3.12.4). Kun levy pyöri akselinsa ja reunansa välillä, indusoitui jatkuva EMF. Samalla periaatteella järjestetään kehittyneempiä unipolaarisia generaattoreita, joita käytetään (tosin suhteellisen harvoin) tällä hetkellä.
Riisi. 4. Laitteen toimintaperiaate yksinapainen generaattori Michael Faraday. 1 magneetti, 2 pyörivää kuparilevyä, 3 harjaa. Levykahvaa ei näytetä
Michael Faraday syntyi köyhään perheeseen ja sen jälkeen peruskoulu 13-vuotiaana hänestä tuli kirjansidon oppipoika. Kirjoista hän jatkoi itsenäisesti koulutustaan, ja British Encyclopediasta hän tutustui sähköön, teki sähköstaattisen generaattorin ja Leyden-purkin. Laajentaakseen tietojaan hän alkoi osallistua kuninkaallisen instituutin johtajan Humphrey Davyn (1778-1829) julkisiin kemian luentoihin, ja vuonna 1813 hän sai assistenttinsa aseman. Vuonna 1821 hänestä tuli tämän instituutin päätarkastaja, vuonna 1824 Royal Societyn (Royal Society) jäsen ja vuonna 1827 kuninkaallisen instituutin kemian professori. Vuonna 1821 hän aloitti kuuluisat sähkökokeilunsa, joiden aikana hän ehdotti sähkömoottorin toimintaperiaatetta, löysi sähkömagneettisen induktion ilmiön, magnetosähköisen generaattorin periaatteen, elektrolyysin lait ja monet muut fysikaaliset perusilmiöt. Vuosi Faradayn edellä kuvatun kokemuksen jälkeen, 3. syyskuuta 1832, pariisilainen mekaanikko Hippolyte Pixii (Hippolyte Pixii, 1808–1835) valmisti sähködynamiikan perustajan Andre Marie Amperen (Andre Marie Ampere, 1775) tilauksesta ja ohjauksessa. –1836), generaattori, jossa on käsin pyöritettävä Faraday, magneetti (kuva 5). Pixie-generaattorin ankkurikäämiin indusoituu vaihtuva EMF. Tuloksena olevan virran korjaamiseksi generaattoriin kiinnitettiin ensin avoin elohopeakytkin, joka vaihtoi EMF:n napaisuutta jokaisella roottorin puolikierroksella, mutta se korvattiin pian yksinkertaisemmalla ja turvallisemmalla sylinterimäisellä harjakerääjällä, kuten kuvassa 1. 5.
Riisi. 5. Laitteen toimintaperiaate magnetosähköinen generaattori Hippolyta Pixie (a), käyrä indusoidusta EMF:stä (b) ja käyrä sykkivästä vakio-EMF:stä, joka on saatu käyttämällä keräilijää (c). Kahva ja kartiohammaspyörä ei näy
Englantilainen teollisuusmies John Stephen Woolrich (1790–1843) käytti Pixie-periaatteella rakennettua generaattoria ensimmäisen kerran vuonna 1842 Birminghamin (Birmingham) tehtaallaan galvaanisten kylpyjen tehonlähteenä käyttämällä 1 hevosvoiman höyrykonetta käyttömoottorina. Kanssa. Hänen generaattorinsa jännite oli 3 V, nimellisvirta 25 A ja hyötysuhde noin 10 %. Sama mutta enemmän tehokkaat generaattorit otettiin nopeasti käyttöön muissa galvanointiyrityksissä Euroopassa. Vuonna 1851 saksalainen sotilaslääkäri Wilhelm Josef Sinsteden (Wilhelm Josef Sinsteden, 1803–1891) ehdotti sähkömagneettien käyttöä kestomagneettien sijasta kelassa ja niiden syöttämistä pienemmästä apugeneraattorista; hän havaitsi myös, että generaattorin hyötysuhde kasvaa, jos sähkömagneetin teräsydin ei ole tehty massiivisista, vaan rinnakkaisista johtimista. Sinstedenin ideoita alkoi kuitenkin käytännössä käyttää vasta vuonna 1863 itseoppinut englantilainen sähköinsinööri Henry Wilde (Henry Wilde, 1833–1919), joka ehdotti muiden innovaatioiden ohella virityskoneen (englanniksi exitatrice) asentamista. generaattorin akseli. Vuonna 1865 hän teki tähän asti ennennäkemättömän 1 kW:n generaattorin, jolla pystyi jopa esittelemään metallien sulatusta ja hitsausta.
Tärkein parannus DC generaattorit tuli heidän itsensä kiihottuminen, jonka periaatteen patentoi vuonna 1854 Tanskan valtion rautateiden pääinsinööri Soren Hjorth (Soren Hjorth, 1801–1870), mutta se ei tuolloin löytänyt käytännön sovellusta. Vuonna 1866 useat sähköinsinöörit, mukaan lukien jo mainittu G. Wilde, löysivät tämän periaatteen jälleen itsenäisesti, mutta se tuli laajalti tunnetuksi joulukuussa 1866, kun saksalainen teollisuusmies Ernst Werner von Siemens (Ernst Werner von Siemens, 1816–1892) otti käyttöön. sen kompaktissa ja erittäin tehokkaassa generaattorissa. 17. tammikuuta 1867 hänen kuuluisa raporttinsa dynamosähköisestä periaatteesta (itseherätyksestä) luettiin Berliinin tiedeakatemiassa. itsensä kiihottuminen mahdollisti luopumisen apuviritysgeneraattoreista (virittimistä), mikä mahdollisti paljon halvemman sähkön tuotannon suurissa määrissä. Tästä syystä vuotta 1866 pidetään usein suurvirtasähkötekniikan syntymävuotena. Ensimmäisissä itseherättyneissä generaattoreissa virityskäämi kytkettiin päälle, kuten Siemensillä, sarjaan (sarjaan) ankkurikäämin kanssa, mutta helmikuussa 1867 englantilainen sähköinsinööri Charles Wheatstone (Charles Wheatstone, 1802–1875) ehdotti rinnakkaisherätystä, joka mahdollisti sen generaattorin EMF:n paremmin säätelemisen, johon se tuli jo ennen kuin Siemens löysi sarjaherätyksen raportteja (kuva 6).
Riisi. 6. Tasavirtageneraattoreiden viritysjärjestelmien kehittäminen. a kestomagneettiherätys (1831), b ulkoinen heräte (1851), c-sarjan itseherätys (1866), d rinnakkaisitseherätys (1867). 1 ankkuri, 2 virityskäämiä. Herätysvirran säätöreostaatteja ei näytetä
Tarve vaihtovirtageneraattorit sai alkunsa vuonna 1876, jolloin Pariisissa työskentelevä venäläinen sähköinsinööri Pavel Yablochkov (1847–1894) alkoi valaista kaupungin katuja valmistamillaan vaihtovirtakaarilampuilla (Jablotshkov-kynttilät). Ensimmäiset tähän tarvittavat generaattorit loi pariisilainen keksijä ja teollisuusmies Zenobe Theophile Gramme (1826–1901). Hehkulamppujen massatuotannon alkaessa vuonna 1879 vaihtovirta menetti merkityksensä joksikin aikaa, mutta sai jälleen merkityksensä sähkönsiirron laajenemisen myötä 1880-luvun puolivälissä. Vuosina 1888-1890 oman tutkimuslaboratorionsa Tesla-Electric (Tesla-Electric Co., New York, USA) omistaja, serbialainen sähköinsinööri Nikola Tesla (Nikola Tesla, 1856-1943), joka muutti Yhdysvaltoihin ja AEG-yhtiön pääinsinööri (AEG, Allgemeine Elektricitats-Gesellschaft) Saksaan muuttanut venäläinen sähköinsinööri Mihail Dolivo-Dobrovolsky (1862–1919) kehitti kolmivaiheisen vaihtovirtajärjestelmän. Tämän seurauksena tuotanto yhä tehokkaampi synkroniset generaattorit rakennetuille lämpö- ja vesivoimalaitoksille.
Tärkeänä vaiheena turbogeneraattoreiden kehityksessä voidaan pitää sylinterimäisen roottorin kehittämistä vuonna 1898, jonka sveitsiläisen sähkötehtaan Brown, Boveri and Company (Brown, Boveri & Cie., BBC) Charles Eugen Lancelot Brown (Charles) osaomistaja Eugen Lancelot Brown, 1863–1924). Ensimmäisen vetyjäähdytteisen generaattorin (kapasiteetti 25 MW) julkaisi vuonna 1937 amerikkalainen General Electric (General Electric) ja vuonna 1956 brittiläinen Metropolitan Vickers, jossa on vesijäähdytys.
Mekaanisen energian muuntaminen sähköenergiaksi tapahtuu virtageneraattorin avulla. Periaatteessa harjoitellaan pyörivien sähkökonegeneraattoreiden käyttöä. Pyörimisen aikana johtimeen syntyy sähkövirtaa liikkeellepaneva voima muuttuvan magneettikentän vaikutuksesta. Generaattorin osaa, joka luo magneettikentän, kutsutaan induktoriksi ja sitä osaa, jossa sähkömotorinen voima syntyy, kutsutaan ankkuriksi.
Toimintaperiaate
Generaattorin pyörivää osaa kutsutaan roottoriksi ja sen kiinteää osaa staattoriksi. Laturissa on staattori ja roottori, jotka voivat olla rakenteeltaan sekä ankkuri että kela.
Käytännössä kaikki maailman voimalaitosten sähkö tuotetaan vaihtovirtageneraattoreilla. Kun kela pyörii, syntyy magneettikenttä, joka pyörii ja indusoi muuttuvan sähkömotorisen voiman staattorin käämitykseen. Sen taajuus on täysin sama kuin roottorin pyörimisnopeus.
Generaattorin elementit
Staattorin magneettijärjestelmän koostumus sisältää ohuita teräslevyjä, jotka on puristettu pakkaukseen. Staattorin käämitys asetetaan tämän pakkauksen uriin. Se sisältää kolme vaihetta, jotka on siirretty suhteessa toisiinsa kolmanneksella staattorin kehästä. Vaihekäämeissä indusoituvat sähkömotoriset voimat siirtyvät myös keskenään 1200. Kussakin vaiheessa on käämi, joka koostuu useista kierroksista, jotka on kytketty toisiinsa rinnakkain tai sarjaan. Urista ulkonevia käämien osia kutsutaan staattorin päätyliitoksiksi.
Induktorissa ja staattorissa napojen lukumäärä voi olla enemmän kuin kaksi. Napojen lukumäärä riippuu täysin roottorin nopeudesta. Pyörimisen hidastuessa roottorissa voi olla yhä enemmän napoja.
Roottorin massiivinen teräsydin sisältää generaattorin virityskäämin. Tätä mallia käytetään suurella nopeudella toimiviin vaihtovirtageneraattoreihin. Tämä johtuu siitä, että suurilla nopeuksilla roottorin käämitykseen kohdistuu suuria keskipakovoimia. Suuri määrä napoja tarkoittaa erillisen virityskäämin läsnäoloa jokaisessa navassa, mikä on tyypillistä pienillä nopeuksilla toimiville sähkögeneraattoreille.
Vesiturbiineissa vaihtovirtageneraattorit voivat olla pystyakselirakenteisia. Käytön aikana voidaan käyttää tehosta riippuen ilma-, vety-, vesi- tai öljyjäähdytystä.
Generaattori on suunniteltu syöttämään kaikkia ajoneuvon sähköjärjestelmiä moottorin käydessä. Akku, vaikka se varastoikin jonkin verran energiaa, mutta koska sen kapasiteetti on rajoitettu ilman latausta, se tyhjenee nopeasti. Kaikki sähköntarpeet, mukaan lukien akun lataus, saadaan generaattorista, jota käyttää moottori hihnavetoisesti. Akun lataaminen vaatii tasavirtaa, joten tarvitaan joko tasavirtageneraattori (dynamo) tai tasasuuntaajalla varustettu laturi.
Tällä hetkellä autotraktoreissa käytetään vain vaihtovirtageneraattoreita niiden etujen vuoksi. Ennen puolijohteiden käyttöönottoa käytettiin kuitenkin tasavirtageneraattoreita.
Suunnitteluominaisuuksista johtuen tällaisissa DC-sähkökoneissa oli merkittäviä haittoja, esimerkiksi mahdottomuus ladata akkua moottorin ollessa joutokäynnillä.
Laajan käyttöönoton vuoksi sähkölaitteet auton suunnitteluun, lisääntynyttä sähkön kysyntää, DC-generaattori ei kyennyt tyydyttämään, koska pyörivästä keräimestä jouduttiin poistamaan teho hiiliharjoilla, koska virta indusoituu roottoriin, kun taas virityskäämit ovat paikallaan (kuva 1 a).
Riisi. 1. Generaattorien kaaviot:
a) tasavirta (kiinteä magneettikenttä),
b) vaihtovirta (pyörivä magneettikenttä);
1 ankkuri; 2-keräin harjoilla; 3-staattori;
F- magneettinen virtaus; minä-virta; ω - kulmanopeus
Vaihtovirtageneraattorissa (kuva 1b) käämit, joissa päävirta muodostuu, ovat paikallaan, ja virityskäämit ovat melko kevyitä ja voivat pyöriä paljon suuremmalla nopeudella kuin DC-generaattorin roottori. Oikealla välityssuhteen valinnalla laturin roottori voi pyöriä riittävällä nopeudella joutokäynti antaa positiivista tehoa akun lataamiseen.
Generaattorin moottorista vastaanottaman mekaanisen energian muuntaminen sähköenergiaksi tapahtuu sähkömagneettisen induktion ilmiön mukaisesti. Jos muuttuva magneettivuo läpäisee kelan, jossa johtavan johdon kierrokset on eristetty toisistaan, kelan liittimiin ilmestyy emf, joka on verrannollinen kierrosten lukumäärän ja magneettivuon muutosnopeuden tuloon:
E = -WLBV,
Missä W- kehyksen kierrosten lukumäärä; B– magneettinen induktio, T; L– runko-osan (johtimen) pituus, m; V on kehyksen liikkeen lineaarinen nopeusvektori suhteessa stationaariseen magneettikenttään, m/s.
Miinusmerkki tarkoittaa, että jos EMF:n toiminnan alla EVastaanottaja virta alkaa virrata rungon läpi (kun kuorma on kytketty), sitten tämän virran luoma magneettikenttä vastustaa mekaanista voimaa, joka saa rungon pyörimään.
Harkitse joidenkin tyyppisten laturien suunnittelua ja toimintaperiaatetta. Autotraktorigeneraattoreissa kelojen EMF indusoituu muuttamalla sähkömagneetin magneettivirtaa:
Suuruuden ja suunnan mukaan (harjaventtiiligeneraattori);
Vain koossa (harjaton induktorityyppinen generaattori).
Vaihtovirtageneraattorin pääkomponentit (kuva 2), joissa mekaaninen energia muuttuu sähköenergiaksi:- magneettijärjestelmä, jossa on virityskäämi ja magneettipiirin teräsosat, joiden läpi magneettivuo virtaa F;
- staattorikäämit, joissa EMF indusoituu, kun roottorin magneettivuo muuttuu. 
Riisi. 2. Kaavio venttiilin synkronisesta generaattorista
Yleisin vaihtovirtageneraattorityyppi. Se luo magneettivuon herätekäämitys 4 (kuva 2), kun sen ja järjestelmän läpi kulkee sähkövirta pylväät 3. Napojen lukumäärä on aina kahden kerrannainen ja niitä on todellisissa generaattoreissa yleensä kaksitoista.
Virityskäämityksellä varustetut pylväät, renkaat, jonka kautta virta lähtee siveltimet kytketty herätekäämiin, akseli ja muut rakenneosat muodostavat pyörivän roottori.
Staattori 7 on teräslevyistä koottu magneettipiiri. Kiinteän magneettipiirin uriin asetettu staattorin käämitys 2, jossa indusoituu sähkövirta. Käämiö koostuu kolmesta itsenäisestä vaihekäämit(Kuva 3), jotka (ehdollisesti merkitty kirjaimilla A, B, C) sijaitsevat vierekkäisillä staattorin hampailla siten, että niissä indusoituvat EMF:t siirtyvät suhteessa toisiinsa 1/3 jaksosta tai 120º. Jokaisessa vaiheessa on kuusi sarjaan kytkettyä kelaa.
Riisi. 3. Vierekkäisten staattorin hampaiden indusoituneen EMF:n siirtyminen 120º
Vaihekäämit voidaan kytkeä toisiinsa tähti- tai kolmiokytkennällä (kuva 4), mutta useammin käytetään tähtiliitäntää, joka antaa suuremman jännitteen minkä tahansa liitinparin välille kolmioon verrattuna. Verkkojännitteen arvo on √3 (1,732) vaihejännitteestä. Kolmioon kytkettynä verkkojännite on yhtä suuri kuin vaihe, ja linjavirta on 1,732 yhdestä kelaparista. Siksi suuritehoisissa generaattoreissa käytetään usein kolmioliitäntää, koska pienemmillä virta-arvoilla käämit voidaan kääriä ohuemmalla langalla, joka on teknisesti edistyneempi. Ohuempaa lankaa voidaan käyttää myös tähtiin liitettynä. Tässä tapauksessa staattorin käämitys on valmistettu kahdesta rinnakkaisesta käämityksestä, joista jokainen on kytketty tähdeksi, saadaan "kaksoistähti".
Staattorikäämin vaihejohtimet on kytketty tasasuuntaajaan 1 (kuva 2).
Riisi. 4. Vaihekäämien kytkentä: a) tähti; b) kolmio
Kun roottori pyörii vastapäätä staattorin hampaita niissä olevien vaihekäämien kanssa, niin roottorin pohjois-N- ja sitten etelä-S-navat osoittautuvat. magneettinen virtaus F, tunkeutuvat staattorin käämiin, suuruus- ja suuntamuutoksia, mikä Faradayn lain mukaan riittää vaihtosähköjännitteen ilmaantumiseen niiden liittimiin.
Tässä tapauksessa EMF:n suuruus- ja suuntamuuttuja indusoituu vaihekäämeissä:
E f \u003d 4,44 fw k noin f,
Missä f– virtataajuus, Hz; w- yhden vaiheen käämin kierrosten lukumäärä; knoin- käämityskerroin riippuen staattorin rakojen lukumäärästä napaa ja vaihetta kohti; F- magneettinen virtaus;
f=pn/60, k=z/(2pm),
Missä z- urien lukumäärä; m– vaiheiden lukumäärä; s on napaparien lukumäärä.
venttiiligeneraattoreissa R yleensä yhtä suuri kuin 6, joten niiden vaihtovirran taajuus on 10 kertaa pienempi kuin roottorin nopeus.
Mitä suurempi roottorin nopeus ja suurempi magneettivuo, sitä nopeammin se muuttuu staattorin vaihekäämien sisällä ja sitä suurempi on niihin indusoituva jännite.
Riisi. 5. Nokan muotoisella roottorilla varustetun venttiiligeneraattorin kaavio:
1-staattori; 2-harja; 3-staattorin käämitys; 4-nokan muotoiset pylväät;
5-virityskäämitys; 6-napaiset renkaat (jakotukki); 7-hihainen
Nokan muotoisella roottorilla varustetut venttiiligeneraattorit (kuva 5) ovat synkroninen sähkökone, jossa on sisäänrakennettu puolijohteinen tasasuuntaaja. Auton venttiiligeneraattorin roottori koostuu kahdesta napapuoliskosta, joiden ulkonemat (nokka) 4 muodostavat pohjoisnapajärjestelmän toisessa ja etelänapajärjestelmän toisessa. Etelänavat sijaitsevat pohjoisten välissä ja virityskäämi 5, joka on asetettu teräsholkkiin 7, on kerrostettu napapuoliskojen väliin. Roottorin nokan muotoinen rakenne mahdollistaa yhden kelan muodostamisen moninapaisen järjestelmän. Roottori on siis sähkömagneetti, jossa on pyörivä vaihtuva sähkömagneettinen kenttä, jonka magnetomotorinen voima määritellään
F=I - W - ,
ja sitä voidaan säätää muuttamalla viritysvirran voimakkuutta minäV, Missä WV- virityskäämin kierrosten lukumäärä.
Staattoripaketti 1 on koottu sähköteräslevyistä pyörrevirtojen vähentämiseksi. Staattorin koloihin sijoitetaan kolmivaiheiset käämikelat 3. Rakojen lukumäärän lisääminen napaa ja vaihetta kohti mahdollistaa sinimuotoisen lähtöjännitteen ja hyötysuhteen korkeiden vaatimusten täyttämisen. Liukurenkaiden 6 ja harjojen 2 avulla johdetaan virtaa virityskäämeihin minäV muodostaakseen roottorin vaihtuvan magneettikentän.
Lisäksi venttiiligeneraattori (kuva 6) on varustettu tasasuuntaajayksiköllä 3 staattorin 4 käämeissä 5 syntyvän vaihtojännitteen tasasuuntaamiseksi, hihnapyörällä 14 roottorin käyttämiseksi ja tuulettimella 13 lämmityksen jäähdyttämiseksi. käämit.
Riisi. 6. Laturi:
1-takakansi; 2 harjaa; 3-diodi; 4-staattori; 5-staattorin käämitys; 6-vierintälaakeri;
7-keräin; 8.9 pohjoiseen ja etelänapa sähkömagneetti; 10-roottorin käämitys;
11-etukansi; 12-tuuletusikkuna; 13-jäähdytys siipipyörä;
14-pyöräinen veto
Tällä hetkellä kotimaisessa ja ulkomaisessa teollisuudessa valmistetaan monia erilaisia nokan muotoisella roottorilla varustettuja vaihtovirtageneraattoreita (taulukko 1), jotka täyttävät niille monenlaisia vaatimuksia.
pöytä 1
Joidenkin generaattorimallien pääparametrit
Maud.
suvut
Pyörimistaajuus ilman kuormaa, rpm
Nim. esim. V±0,5
Nim.
nykyinen, A
Lisätä. tasasuuntaaja
Integ.
regu-r
esimerkiksi
G222
1250
14,3
On
37-3701
1100
14,1
On
On
16.3701
1100
581.3701
1400
13,9
On
955.3701
1050
14,2
On
On
Induktorigeneraattorit
Induktorigeneraattori on kosketukseton, samanapainen synkroninen vaihtovirtasähkökone, jossa on yksipuolinen sähkömagneettinen heräte (kuva 7). Roottorin 2 teräsratas pyörii yhdessä akselin 5 kanssa, joka kulkee kiinteän holkin 8 sisällä. Herätyskäämi 7 on kiinnitetty holkkiin ja staattorikäämi 6 on kiinnitetty staattorin hampaisiin. Kun tasavirta kulkee virityskäämin läpi, generaattorin magneettipiiriin syntyy magneettivuo, jonka voimalinjat on esitetty katkoviivalla kuvassa 7. Magneettivuo sulkeutuu holkin välisen ilmaraon kautta. akseli, roottorin hammaspyörä, roottorin ja staattorin välinen työrako, staattoripaketti, kansi kenttäkelan puolelta ja paksuseinäinen aluslevy tai holkkilaippa.
Riisi. 7. Induktorityyppisen generaattorin kaavio:
1-staattorin magneettinen piiri; 2- roottori (teräsratas);
3-takakansi (etukansi on osa magneettipiiriä);
4-laakeri; 5-akselinen; 6-staattorin käämitys; 7-virityskäämitys;
8-magneettinen induktorijärjestelmä (holkki laipalla); 9-kestomagneetti
Kaikilla hammaspyörän hampailla on sama napaisuus. Magneettivuon muutos liittyy staattorin hampaiden alla olevan ilmaraon magneettisen johtavuuden muutokseen. Staattorin hampaassa oleva vuo saavuttaa maksimiarvonsa F max(Kuva 8), kun roottorin ja staattorin hampaiden akselit yhtyvät ja pienenee minimiarvoon F min kun staattorin hampaan akseli osuu yhteen roottorin hammaspyörän ontelon akselin kanssa. Siksi staattorin hampaissa oleva magneettivuo sykkii ja muuttuu vain suuruusluokaltaan ilman suuntaa muuttamatta.
Riisi. 8. Staattorin hampaan magneettivuon muutos ajan myötä
Magneettivuon suuremman muutoksen ja siten generaattorin tehon lisäämiseksi kestomagneetit kiinnitetään roottorin hammaspyörän kouruihin. Induktorigeneraattori voi olla yksivaiheinen tai monivaiheinen, se riippuu staattorin vaihekäämien lukumäärästä, niiden sijainnista ja kytkentätavasta. Kolmivaiheisissa kelageneraattoreissa staattorissa on pääsääntöisesti yhdeksän hammasta käämeillä.
Kunkin vaiheen käämeissä voi olla useita sarjaan kytkettyjä, rinnakkain ja sekoitettuja käämejä Staattorin käämin vaiheet on kytketty monisäteiseen tähteen tai monikulmioon.
Indusoituneen EMF:n arvo riippuu magneettivuon amplitudista, staattorikäämin kierrosten lukumäärästä ja taajuudesta n roottorin pyöriminen. Mitä suurempi kierrosluku, sitä pienempi roottorin nopeus, tarvittava jännite voidaan saavuttaa. Magneettivuon amplitudi riippuu virityskäämin viritysvirran suuruudesta.
Tällä hetkellä kotimainen teollisuus tuottaa induktorigeneraattoria 955.3701, jossa on kiinteä aksiaali-pitkittäinen herätekela. Generaattori on varustettu viisivaiheisella staattorikäämityksellä ja viisivaiheisella tasasuuntaajalla. Tämän generaattorin roottori on valmistettu kuusisakaraisen tähden muodossa, joka on valmistettu ohuista sähköteräslevyistä. Tähden onteloissa on kestomagneetteja, jotka edistävät generaattorin itseherätyksen alkamista ja lisäävät jonkin verran sen tehoa. Myös pääherätyskäämityksen lisäksi annettu generaattori on ylimääräinen, demagnetoiva käämi, joka neutraloi kestomagneettien toiminnan generaattorin roottorin suurilla nopeuksilla. Staattorin käämitys sijaitsee staattorin magneettipiirin 10 hampaalla (hammasväli - 36º) ja on jaettu viiteen vaiheosaan, joissa kussakin osassa on kaksi hammaskelaa. Saman vaiheosan hammastetut kelat on erotettu toisistaan staattorin kehää pitkin 180º.
Myös muut staattoriversiot ja induktorigeneraattoreiden vaihekäämien kytkeminen ovat mahdollisia. Mutta tällä hetkellä induktorigeneraattorit ovat sellaisten parametrien, kuten tehokkuuden, painon, mittojen, suhteen huonompia kuin liukurenkailla varustetut generaattorit.
Harjattomat venttiiligeneraattorit
Harjattomat generaattorit ovat nokan muotoisella roottorilla varustetun generaattorin suunnitteluun perustuva kehitys (kuva 9).
Riisi. 9. Harjaton laturi:
a) ilmajäähdytteinen: 1-hihnapyörä; 2-tuuletin; 3-etukansi; 4-pyörivä magneettisydän; 5-staattori; 6-kiinteä herätekäämitys; 7-akselinen; 8-takakansi; 9-jännitteen säädin; 10-diodi; 11-asennusteline; 12-laakeri;
b) nestejäähdytyksellä: 1-hihnapyörä; 2-tasasuuntaaja; 3-etukansi; 4-generaattorikotelo; 5-jäähdytysneste; 6 jäähdytysvaipan kotelo; 7-roottori; 8-staattorin käämitys; 9-staattori; 10-ei-magneettinen välirengas; 11-pyörivä magneettipiiri (napa); 12-kiinteä herätekäämitys; 13-jännitteen säädin
Tämän tyyppisissä generaattoreissa vain nokan muotoiset navat 11 pyörivät (kuvio 9b), ja virityskäämi 12 pysyy paikallaan. Toista napapuoliskoa pidetään vastapäätä toisiaan ei-magneettisen renkaan 10 avulla. Magneettivuon tulee normaalin toimintaraon lisäksi ylittää kaksi lisäilmarakoa. Tasasuuntaaja 2 syöttää virran kenttäkäämiin suoraan jännitesäätimen 13 kautta.
Tällaisten generaattoreiden massa on jonkin verran suurempi kuin harjageneraattoreiden, joissa on saman tehoiset nokan muotoiset pylväät.
Harjattomat nestejäähdytteiset laturit tuottavat vähemmän ääntä tuulettimen puuttumisen vuoksi, ja ne voidaan integroida moottorilohkoon.
Löytyy myös malleja lyhennetyistä nokkatuista generaattoreista (kuva 10), jotka saadaan rakenteellisesti, jos harjageneraattorin navan nokan muotoiset puolikkaat siirretään erilleen siten, että ne eivät mene päällekkäin, ja kiinnitin 4 (ei -magneettinen klipsi) johdetaan muodostettuun rakoon ja sähköjohdot kenttäkäämit 1.
Riisi. 10. Kaavio harjattomasta venttiiligeneraattorista lyhyillä navoilla:
1-virityskäämitys; 2-napaiset puolikkaat, joissa lyhyt nokka; 3-hihainen;
4-kiinnityselementti herätekäämin; 5-staattori; 6-staattorin käämitys
Herätyskäämi on ripustettu teräsholkin 3 yläpuolelle kahden napapuoliskon 2 väliin. Generaattorin akselin pyöriessä pyörivät vain magnetoidut ketjupyörät, mutta niiden napakärkien pinta-ala on pieni (verrattuna harjageneraattoreihin) ja johtuen staattorin hampaiden vaihtomagneettivuon pienempi amplitudi, tällaisen generaattorin tuottama sähköteho on pienempi. Mutta suunnittelun etuna on roottorin pieni massa, jonka avulla voit lisätä generaattorin toimintanopeutta ja siten sen tuottamaa tehoa.
AC-korjaus
Venttiiligeneraattoreiden vaihtovirta tasasuunnataan puolijohdepiidiodeilla. Diodeissa on kaksi napaa ja ne johtavat virtaa vain anodin liittimestä katodiliittimeen, kun anodiin kohdistuu positiivinen potentiaali. Vastakkaiseen suuntaan diodit eivät kulje virtaa, jos käänteinen jännite ei ylitä sallittua arvoa.
Generaattorin tasasuuntaajat käyttävät suoran ja käänteisen napaisuuden diodeja. Suoranapaisen diodin katodi on kytketty koteloon ja käänteisen napaisuuden diodin anodi. Generaattorin vaiheiden lukumäärästä riippuen käytetään kolmi- ja viisivaiheisia tasasuuntaajia.
Riisi. 11. Laturien korjaus:
a) yksivaiheisen vaihtovirran puoliaaltotasasuuntaus;
b) yksivaiheisen vaihtovirran täysaaltotasasuuntaus;
c) kolmivaihevirran puoliaaltotasasuuntaus;
d) kolmivaihevirran täysaaltotasasuuntaus;
G - generaattori; VD - tasasuuntaaja (diodi); R - kuorma; A, B, C - generaattorin vaiheet
Tasasuunnatun jännitteen muodon mukaan erotetaan yhden ja kahden puoliaallon tasasuuntaajat. Yksivaiheisen lähteen puoliaaltotasasuuntaajat G(Kuva 11 a) AC tarjoaa yhden diodin VD, joka on kytketty sarjaan kuorman kanssa R.
Yksivaiheisen virran täysaaltotasasuuntaamiseksi siltatasasuuntaaja kootaan neljästä diodista VD1 – VD4(Kuva 11b). Vaihtojännitteen positiivinen puoliaalto (ensimmäinen puolijakso) avaa diodit VD1 Ja VD4. Diodit ovat auki syklin toisella puoliskolla. VD2 Ja VD3. Generaattorin koko toiminta-ajan siltatasasuuntaajan kanssa kuormassa R tasasuunnassa käytetään jännitettä U d yksi merkki.
Jos kolmivaiheisen venttiiligeneraattorin jokaiseen vaiheeseen sisältyy yksi diodi VD1, VD2 Ja VD3(Kuva 11 c), saat puoliaaltokolmivaiheisen tasasuuntaajan. Jokainen tasasuuntaajadiodi johtaa virtaa vain 1/3 jaksosta, kun siihen syötetään jännite eteenpäin.
Täysaaltoisessa kolmivaiheisessa tasasuuntaajassa on kolme paria diodeja - VD1 - VD6(Kuvio 11d). Tasasuuntaajan yksi varsi on muodostettu diodeista VD1 – VD3 suora napaisuus, jotka on kytketty katodeilla venttiiligeneraattorin positiiviseen napaan. Diodit on asennettu tasasuuntaajan toiseen varteen VD4 - VD6 käänteinen napaisuus. Niiden anodit on kytketty maahan. Yksi diodeista toimii johtavassa suunnassa VD1, VD2 tai VD3, jossa anodilla on suurin potentiaali, ja diodiryhmässä VD4 - VD6 on diodi, jolla on pienin potentiaali. Kun vaiheessa A jännite on positiivinen ja maksimi, ja vaiheissa SISÄÄN Ja KANSSA jännitteet ovat negatiiviset ja yhtä suuret, virta kuormaan R menee sisään avoimen diodin kautta VD1 ja kaksi diodia VD5 Ja VD6. Jos vaihejännite A on nolla, vaiheessa SISÄÄN- positiivinen, mutta vaiheessa KANSSA- negatiivinen, diodit johtavat virtaa VD2 Ja VD4. Loput diodit eivät läpäise virtaa.
Pulssitaajuus f s tasasuuntaa kolmivaiheisella täysaaltojännitetasasuuntaajalla U d 6 kertaa AC-taajuus.
AC oikaisu;
Käämitietojen valinta, joka antaa nimellisjännitteen roottorin miniminopeudella, joka vastaa moottorin joutokäyntitilaa;
Lähtövirran voimakkuuden itserajoitus.
Venttiiligeneraattorin pääparametrit ovat: tasasuuntautunut jännite U d, roottorin nopeus n ja voimaa P(tai nykyinen I d jonka generaattori antaa tietyllä jännitteellä).
Tasasuunnattu jänniteriippuvuus U dviritysvirran voimakkuudestaminä sisään kuormituksen ollessa katkaistu ja roottorin vakionopeudella n kutsutaan joutokäyntikäyräksi (kuva 12). Lepotilassa tasasuunnattu jännite on yhtä suuri kuin EMF E d. Venttiiligeneraattoreiden joutokäyntiominaisuudet saadaan osoitteessa itsenäinen kiihotus.
Venttiiligeneraattoreiden ulkoiset ominaisuudet ovat tasasuunnatun jännitteen riippuvuuksia U d(Kuva 12 b) kuormitusvirran voimakkuudesta I d vakiolla roottorin nopeudella, jännite virityskäämin navoissa ja sen vastus. Kuorman kasvaessa tasasuunnattu jännite laskee ankkurireaktion vaikutuksesta staattorin (ankkurin) piirin ja tasasuuntaajan jännitteen laskun seurauksena, ja staattorin käämien jännitehäviö on merkittävä ja riippuu roottorin nopeudesta.
Riisi. 12. Venttiiligeneraattorin ominaisuudet:
a) joutokäynti; b) ulkoinen; nmax, n sr, np, n 0- roottorin pyörimistaajuus, vastaavasti maksimi, keskiarvo, laskettu ja palautuksen alku; U dn– tasasuunnattu nimellisjännite
Venttiiligeneraattoreiden ulkoiset ominaisuudet määritetään itseherätyksellä ja riippumattomalla herätyksellä. Jännitteen lasku kuormituksen kasvaessa ei tapahdu vain aktiivisessa, vaan myös staattorikäämien induktiivisessa resistanssissa. Venttiiligeneraattorin itseherätyksen tapauksessa jännite putoaa itse herätekäämissä. Ankkurireaktion demagnetoiva vaikutus vähentää magneettivuoa roottorin ja staattorin välisessä työilmaraossa.
Tasasuunnatun virran maksimivoimakkuus määritetään ulkoisten ominaisuuksien perheen mukaan Idmax joka luodaan tietyllä tai säädettävällä jännitearvolla.
Venttiiligeneraattorin nopeudensäätökäyrä (kuva 13 a) on riippuvuus viritysvirran voimakkuudesta minä sisään roottorin nopeudesta n vakiojännitteellä U gn generaattori. Yleensä se määritetään useilla kuormitusvirran arvoilla.
Vähimmäisviritysvirran voimakkuus määritetään kuormitusvirran voimakkuudella, joka on yhtä suuri kuin nolla, ja generaattorin puhaltimen roottorin suurimmalla pyörimisnopeudella. Nopeuden säätöominaisuuksien avulla voit määrittää viritysvirran muutosalueen kuormituksen muutoksista vakiojännitteellä.
Roottorin nopeuden kasvaessa n ja vakiokuormitusventtiilin generaattorivirta minä sisään herätteen tulee pienentyä (kuva 13 a), ja kuormitusvirran kasvaessa sen pitäisi kasvaa (kuva 13 b).
Generaattorin jännite on pidettävä vakiona roottorin nopeusalueella alkaen n 0 ennen nmax tässä tapauksessa viritysvirta vaihtelee maksimista I вmax minimiin I вmin arvot.
Viritysvirran voimakkuuden säätelyn moninkertaisuus on suurempi kuin roottorin pyörimistaajuuden säätelyn monikerta. Tämä johtuu siitä, että venttiiligeneraattorin magnetointiominaisuus on epälineaarinen ja magneettipiirin syvä kyllästyminen tapahtuu. Suurin säätökerroin viritysvirralla on mahdollista joutotilassa.
Riisi. 13. Generaattorin jännitteen ja viritysvirran voimakkuuden riippuvuudet:
a) roottorin pyörimistaajuudesta;
b) kuormitusvirran voimakkuudesta;
U gn- Nimellisjännite
Auton ajotavan jatkuvan muutoksen ja sitä kautta roottorin nopeuden ja venttiiligeneraattorin kuormituksen yhteydessä on tärkeä tasasuunnatun virran voimakkuuden riippuvuuden virta-nopeusominaisuus. I d, jonka venttiiligeneraattori voi antaa kuluttajille tietyllä jännitteellä roottorin nopeudella n(Kuva 14).
Virta-nopeusominaiskäyrä otetaan tasasuuntaisella jännitteellä U d = vakio ja DC-viritys I in = const. Säätöarvot ovat alkutaajuutta n 0 generaattorin lähtö, maksimivirta Idmax klo nmax. Arvioidut roottorin nopeudet n s ja nykyinen vahvuus Idp, määritetään virrannopeuskäyrän 1 ja origosta vedetyn suoran 2 välisessä kosketuspisteessä. Tämä piste vastaa lasketun tehosuhteen maksimiarvoa Pdp laskettuun roottorin nopeuteen n s(venttiiligeneraattorin maksimilämmityksen tila).
Riisi. 14. Virta-nopeusominaisuus
Virta-nopeusominaisuutta käytetään venttiiligeneraattorin kehittämisessä tai valinnassa. Se voidaan määrittää itsenäisellä herätyksellä, itseherätyksellä ja jännitesäätimellä varustetun venttiiligeneraattorin toiminnalla.
Kaikki modernit autojen vaihtovirtageneraattorit niillä on itserajoittuvan voiman ominaisuus maksimivirta. Laajalla roottorin nopeusalueella virta kasvaa hitaasti, eikä roottorin enimmäisnopeudella ylitä määritettyä enimmäisarvoa. Tämä johtuu siitä, että generaattorin roottorin pyörimistaajuuden kasvaessa ja siten staattorikäämiin indusoidun virran taajuuden kasvaessa käämin induktiivinen vastus kasvaa, joten virta kasvaa hitaammin, asymptoottisesti taipuen tiettyyn raja-arvoon.
Generaattori muuntaa mekaanisen energian sähköenergiaksi pyörittämällä lankakelaa magneettikentässä. Sähkövirtaa syntyy myös, kun liikkuvan magneetin voimalinjat leikkaavat lankakelan kierroksia (kuva oikealla). Elektronit (siniset pallot) liikkuvat kohti magneetin positiivista napaa ja sähkövirta kulkee positiivisesta napasta negatiiviseen napaan. Niin kauan kuin magneettikenttäviivat ylittävät kelan (johtimen), johtimeen indusoituu sähkövirta.
Samanlainen periaate toimii myös siirrettäessä lankakehystä magneetin suhteen (äärioikealla), eli kun runko ylittää magneettikenttäviivat. Indusoitu sähkövirta kulkee siten, että sen kenttä hylkii magneettia, kun runko lähestyy sitä ja vetää puoleensa, kun kehys siirtyy pois. Joka kerta kun kehys muuttaa suuntausta magneetin napoihin nähden, myös sähkövirta kääntää suuntansa. Niin kauan kuin mekaanisen energian lähde pyörittää johdinta (tai magneettikenttää), generaattori tuottaa vaihtovirtaa.
Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate
Yksinkertaisin laturi koostuu kiinteän magneetin napojen välissä pyörivästä lankarungosta. Rungon kumpikin pää on liitetty liukurenkaaseen, joka liukuu sähköä johtavalla hiiliharjalla (kuva tekstin yläpuolella). Indusoitu sähkövirta virtaa sisempään liukurenkaaseen, kun siihen liitetyn rungon puolikas ohittaa magneetin pohjoisnavan ja päinvastoin ulompaan liukurenkaaseen, kun rungon toinen puolikas ohittaa pohjoisnavan.
Kolmivaiheinen laturi
Yksi kustannustehokkaimmista tavoista tuottaa suurta vaihtovirtaa on käyttää yhtä magneettia, joka pyörii useiden käämien ympäri. Tyypillisessä kolmivaiheisessa generaattorissa kolme kelaa sijaitsee yhtä kaukana magneetin akselista. Jokainen kela tuottaa vaihtovirran, kun magneettinapa kulkee sen ohi (oikea kuva).
Sähkövirran suunnan muuttaminen
Kun magneetti työnnetään lankakelaan, se indusoi siihen sähkövirran. Tämä virta saa galvanometrin neulan poikkeamaan nolla-asennosta. Kun magneetti poistetaan kelasta, sähkövirta muuttaa suuntaa päinvastaiseksi ja galvanometrin neula poikkeaa toiseen suuntaan nolla-asennosta.
Vaihtovirta
Magneetti ei indusoi sähkövirtaa ennen kuin sen voimalinjat alkavat ylittää lankasilmukan. Kun magneetin napa työnnetään lankasilmukkaan, siihen indusoituu sähkövirta. Jos magneetti lakkaa liikkumasta, myös sähkövirta (siniset nuolet) pysähtyy (keskikaavio). Kun magneetti poistetaan lankasilmukasta, siihen indusoituu sähkövirta, joka virtaa vastakkaiseen suuntaan.
Vaihtovirta on monen teollisuuden ja liikenteen, erityisesti autojen, liikkeellepaneva voima. Tarjolla on sekä pieniä nyrkin kokoisia malleja että jättiläislaitteita useiden metrien korkeudella.
Generaattori on sama tekninen järjestelmä, joka muuttaa mekaanisen (kineettisen) energian sähköenergiaksi. Miten generaattori toimii?
Riippumatta siitä, miten generaattori on järjestetty, sen toiminta perustuu prosessiin elektromagneettinen induktio- sähkövirran esiintyminen suljetussa piirissä muuttuneen magneettivuon vaikutuksesta.
Generaattori on ehdollisesti jaettu 2 osaan: kela ja ankkuri.
Induktori on laitteen osa, jossa magneettikenttä luodaan, ja ankkuri on puoli, jossa sähkömotorinen voima tai virta muodostuu.
Sen tekninen rakenne pysyy vakiona: lankakäämi ja magneetti.
Käämitykseen syntyy sähkömotorinen voima magneettikentän vaikutuksesta. Tämä on generaattorin perusta. Mutta voimakasta vaihtovirtaa ei voida saada tällaisesta primitiivisestä suunnittelusta. Muunnos vaatii vahvan magneettivuon.
Tätä varten lankakäämiin lisätään 2 teräsydintä, jotka määrittävät vaihtovirtageneraattorin tarkoituksen ja rakenteen. Tämä on staattori ja roottori. Magneettikentän luova käämi sijoitetaan yhden sydämen uraan - tämä on staattori tai induktori. Se pysyy paikallaan, toisin kuin roottori. Staattori saa virtansa tasavirralla. Ne ovat kaksi- tai moninapaisia.
Roottori tai myös ankkuri pyörii aktiivisesti laakereiden avulla ja tuottaa sähkömoottorivoimaa tai vaihtovirtaa. Se on sisäydin, jossa on kuparilankakäämi.
Generaattorissa on kestävä metallikotelo, jossa on useita lähtöjä laitteen käyttötarkoituksesta riippuen. Vaihteleva määrä keloja lankakäämityksellä.
Ymmärrämme yksikön toiminnan ominaisuudet
Nyt selvitetään, mihin periaatteeseen laturien toiminta perustuu. Toimintasuunnitelma on melko yksinkertainen ja ymmärrettävä. Olettaen, että roottorin nopeus on vakio, sähkövirta tuotetaan yhtenä virtana.
Roottorin pyöriminen saa aikaan muutoksen magneettivuossa. puolestaan sähkökenttä tuottaa sähkövirtaa. Päässä olevien renkaiden koskettimien kautta roottorin virta kulkee laitteen sähköpiiriin. Sormuksissa on hyvä liukuominaisuus. Ne ovat tiukasti kosketuksessa harjoihin, jotka ovat pysyviä kiinteitä johtimia sähköpiirin ja roottorin kuparilankakäämin välillä.
Magneetin ympärillä olevassa kuparikäämissä on virtaa, mutta se on erittäin heikko verrattuna roottorista piirin kautta laitteeseen virtaavan sähkövirran määrään.
Tästä syystä roottorin pyörittämiseen käytetään vain pientä virtaa, joka syötetään liukukoskettimien kautta.
Laturia koottaessa on erittäin tärkeää säilyttää osien suhteet, koko, rakot ja lankasäikeiden paksuus.
Voit koota vaihtovirtageneraattorin, jos sinulla on talossasi kaikki tarvittavat osat ja riittävä määrä kuparilankaa. Pienen yksikön tekeminen on varsin realistista. Tai siellä on tarkat käyttöohjeet.
Vaihtovirtageneraattorin laite ja toimintaperiaate videolla
Ladataan...