Схемы простых генераторов переменного тока

§ 3.2. Генератор переменного тока

Простейшей схемой генератора может служить проводник в виде рамки, вращающейся вокруг оси в магнитном поле между полюсами постоянного магнита или электромагнита (см. рис. 2.3). При вращении рамки с постоянной угловой скоростью в ней возникает ЭДС, изменяющаяся по гармоническому закону — синусоидальная ЭДС.

Если рамку соединить с внешней частью цепи, то в цепи появится переменный ток. Для соединения рамки с внешней частью цепи используются кольца, укрепленные на той же оси, на которой укреплена вращающаяся рамка. Кольца изолированы от оси и друг от друга. К кольцам припаиваются концы рамки, а над каждым кольцом устанавливаются неподвижные пружинящие скользящие контакты — щетки.

Однако простейший генератор, изображенный на рисунке 2.3, даст ничтожно малую ЭДС. Дело в том, что ЭДС индукции определяется скоростью изменения магнитного потока, пронизывающего рамку. Но поток, пронизывающий рамку, очень мал, так как мала магнитная индукция поля, создаваемого постоянным магнитом.

Чтобы значительно увеличить ЭДС, полюсам магнита придают специальную форму, способствующую концентрации линий магнитной индукции, а внутрь рамки помещают ферромагнитный (стальной) цилиндр. При этом магнитная индукция (а следовательно, и магнитный поток) возрастает и становится равной = μ , где μ — магнитная проницаемость стали, а — индукция магнитного поля в вакууме (в воздухе). Увеличение магнитного потока, пронизывающего рамку, приводит к увеличению скорости изменения магнитного потока, а значит, и к возрастанию индуцируемой ЭДС.

Электромагнит (или магнит), создающий магнитное поле, называется индуктором, рамка (виток), в которой наводится ЭДС, — якорем. В простейшем генераторе, рассмотренном нами, индуктор неподвижен, поэтому называется статором, а якорь вращается, поэтому называется ротором.

Промышленный генератор

Устройство промышленного генератора переменного тока значительно сложнее рассмотренной выше модели. Во-первых, с клемм генератора нужно снимать достаточно высокое напряжение. Поэтому вместо одного витка необходимо использовать множество витков, соединенных между собой. Во-вторых, при помощи подвижных контактов (щеток и колец) практически невозможно отводить от генератора ток высокого напряжения и сколько-нибудь значительной мощности из-за сильного искрения в подвижных контактах.

По этой причине во всех промышленных генераторах переменного тока обмотку якоря, в которой наводится ЭДС, делают неподвижной. Ее укладывают в пазах внутренней полости статора (рис. 3.1, а). Статор генератора собирается из листовой стали для устранения токов Фуко. Индуктор (электромагнит) в таком генераторе вращается, являясь ротором. Один из типов ротора генератора показан на рисунке 3.1, б.

На магнитные полюсы ротора надета обмотка (обмотка возбуждения), по которой пропускается постоянный ток. Этот ток подводится к обмотке возбуждения через щетки и кольца от специального генератора постоянного тока — возбудителя. Якорь возбудителя расположен на одном валу с ротором генератора переменного тока. Однако в последнее время чаще всего постоянный ток в обмотку возбуждения (ротора) подается из статорной обмотки этого же генератора через выпрямитель. Возбудитель тогда не нужен. Сердечник ротора тоже набирается из листовой стали для борьбы с вихревыми токами.

На рисунке 3.1, в показана полная схема генератора переменного тока. При равномерном вращении ротора с помощью какого-нибудь двигателя вместе с ним вращается и создаваемое им магнитное поле. Линии индукции этого поля будут пересекать проводники, вложенные в пазы статора, и индуцировать в них ЭДС, изменяющуюся по гармоническому закону:

Многополюсные генераторы переменного тока

Если ротор генератора имеет одну пару полюсов (см. рис. 3.1, 6), то частота ЭДС, индуцируемой в генераторе, оказывается равной частоте вращения ротора, так как один оборот ротора соответствует одному периоду индуцируемой ЭДС. Для получения ЭДС с частотой v = 50 Гц двигатель, приводящий в движение ротор генератора с одной парой полюсов, должен вращаться с частотой 50 с -1 . Некоторые двигатели (например, водяные турбины) не могут развивать такие скорости вращения. Поэтому, кроме генераторов с одной парой полюсов, изготавливаются многополюсные генераторы, у которых ротор имеет несколько пар полюсов. В этом случае частота наведенной в генераторе ЭДС равна

где р — число пар полюсов ротора генератора, а n — частота его вращения.

Роторы генераторов, установленных на тепловых электростанциях, имеют одну пару полюсов. Такие генераторы (турбогенераторы) называются быст,роходными. Для получения стандартной частоты в 50 Гц такой ротор должен совершать 3000 оборотов в минуту. Эти роторы имеют цилиндрическую форму. Обмотка возбуждения уложена в пазы вдоль образующих цилиндра и хорошо закреплена.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ: Простейший генератор и электродвигатель

Статьи

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

Простейший генератор и электродвигатель

Простейший генератор. Конструкция простейшего генератора (рис. 1) постоянного тока представляет собой рамку 2, вращаемую посторонней силой между полюсами 4 и 6 электромагнита.

Простейший генератор

Рис.1 Схема простейшего генератора постоянного тока

При вращении рамки по часовой стрелке в верхнем проводе рамки возникает ток, направленный от нас, а в нижнем — ток, направленный к нам. Появившийся ток через пластины (полукольца) 8 и 9 коллектора и щётки 7 и 10 отводится во внешнюю цепь 1. После того как рамка пройдёт горизонтальное положение, полукольца коллектора поменяются местами, и ток во внешней цепи сохранит своё значение, несмотря на изменение направления тока в рамке. Однако ток во внешней цепи будет пульсировать, т.е. периодически изменяться от максимального значения до нуля. Это объясняется тем, что рамка, находясь в вертикальном положении, пересекает наибольшее количество магнитных силовых линий, а будучи в горизонтальном положении, вовсе не пересекает их.

Чтобы пульсация тока была не заметной, в генераторах вращают не рамку из одного витка проводов, а якорь с обмоткой из многих десятков витков. Магнитное поле, в котором вращается якорь, усиливается применением электромагнитов с большим числов витков обмотки. При этом и обмотки 3 и 5 возбуждения электромагнитов направляется ток от самого генератора. Такие генераторы называются генераторами с самовозбуждением .

Простейший генератор

Рис. 2 Схема простейшего генератора однофазного переменного тока.

Простейший генератор (рис. 2) однофазного переменного тока в отличии отгенератора постоянного тока вместо коллектора имеет контактные кольца 8 и 9, ток с которых снимается щётками 10 и 11. Каждое из этих колец при любом положении рамки 2 постоянно соединено с одним и тем же проводом внешней цепи 1. Поэтому при вращении рамки 2 ток меняется не только по величине (от максимума до 0), но и по направлению.

В обмотки 3 и 7 возбуждения полюсов 5 и 6 подаётся постоянный ток от постоянного источника 4.

На практике получили распространение трёхфазные генераторы переменного тока , которые гораздо проще по конструкции и надёжнее в эксплуатации, чем однофазные.

Простейший электродвигатель

Если проводник с током поместить в магнитное поле, то в результате взаимодействия поля проводника и поля магнита будет перемещаться в направлении, перпендикулярном к магнитным силовым линиям магнита.

С одной стороны проводника силовые линии его магнитного поля направлены в ту же сторону, что и силовые линии поля магнита, т.е. силовые линии сгущаются. С другой стороны проводника его силовые линии направлены навстречу силовым линиям поля магнита, т.е. силовые линии разрежаются. При этом проводник с током выталкивается в ту сторону, где магнитные силовые линии расположены реже.

Направление движения проводника зависит от расположения полюсов, а также направления тока в проводнике.

Механическая сила, действующая на проводник с током, пропорциональна магнитному полю полюсов магнита, току в проводнике и его длине.

Взаимодействие проводника с током в магнитном поле положено в основу действия электродвигателей, в которых электрическая энергия преобразуется в механическую.

Схема простейшего электродвигателя постоянного тока

Рис. 3 Схема простейшего электродвигателя постоянного тока:
а — взаимодействие магнитного поля с полем магнита; б — схема электродвигателя

Конструкция простейшего электродвигателя (рис. 3) постоянного тока представляет собой виток провода в виде рамки 2, помещённой между полюсами 1 и 3 постоянного магнита (рис. 3 а) или полюсами 1 и 3 электромагнита (рис 3 б) с катушками 8 и 9 обмотки возбуждения.

При пропускании через рамку 2 постоянного тока её верхний провод в силу взаимодействия магнитных полей тока и магнита будет выталкиваться вправо, а нижний — влево (см. рис. 3 а). В результате рамка повернётся по часовой стрелке.

Когда рамка достигнет горизонтального положения, направление тока в ней при помощи коллектора, состоящего из двух полуколец 5 и 6 (см. рис. 3 б) и скользящим по ним щёткок 4 и 7, изменится на обратное, а рамка продолжит своё вращение по часовой стрелке.

В реальных конструкциях электродвигателей, в том числе и в автомобильных стартерах, для повышения равномерности вращения и получения необходимого крутящего момента вместо рамки из одного витка между полюсами помещают обмотку из нескольких десятков витков. Такая обмотка помещается на сердечнике якоря. Наличие сердечника позволяет уменьшить воздушный промежуток между полюсами и избежать нежелательного ослабления магнитного поля.

Схемы, поясняющие явление взаимо- и самоиндукции

Рис. 4 Схемы, поясняющие явление взаимо- и самоиндукции.

Если две обмотки располжить на сердечнике недалеко друг от друга и по обмотке 1 (рис. 4 а) пропустить постоянный электрический ток, прерывая его прерывателем Пр, то вокруг сердечника будет то возникать, то исчезать магнитное поле. Магнитные силовые линии этого поля, пересекая витки вторичной обмотки 2 будут индуктировать в них э.д.с. взаимоиндукции , так как э.д.с. индуктируется не только при перемещении проводника в магнитном поле, но и при всяком изменении этого поля.

Читайте также  Схема установки ремня генератора форд транзит дизель

Э.д.с. взаимоиндукции возврастает при увеличении числа витков вторичной обмотки, при более сильном магнитном поле первичной обмотки и более быстром исчезновении магнитного поля. На принципе взаимоиндукции работают катушки зажигания автомобилей.

При замыкании и размыкании контактов прерывателя Пр витки обмотки 1 также пересекаются магнитными силовыми линиями и в обмотке 1 индуктируется э.д.с. самоиндукции .

Э.д.с. самоиндукции действует против тока при замыкании контактов прерывателя Пр (рис. 4 б), замедляя нарастание силы тока в обмотке. При размыкании контактов прерывателя Пр э.д.с. самоиндукции действует в направлении движения тока (рис. 4 в) и создаёт искру между контактами.

Таким образом, возникновение э.д.с. самоиндукции в первичной обмотке влечёт за собой снижение э.д.с. во вторичной обмотке. Для ликвидации вредного действия э.д.с. самоиндукции параллельно контактам включают конденсатор, который способствует увеличению э.д.с. во вторичной обмотке и уменьшению подгорания контактов прерывателя.

Генератор переменного тока. Трансформатор

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Генератор переменного тока. Трансформатор»

На одном из прошлых уроков мы с вами знакомились с переменным электрическим током и его свойствами. Мы узнали, что основная часть электроэнергии в мире вырабатывается с помощью электромеханических индукционных генераторов переменного тока, создающими синусоидальное напряжение.

Индукционным генератором переменного тока называется устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в энергию переменного тока.

Напомним, что основными частями индукционного генератора переменного тока являются:

индуктор — это постоянный магнит или электромагнит, который создаёт магнитное поле;

якорь — это обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС;

и колле́ктор — контактные кольца и скользящие по ним контактные пластины (щётки), с помощью которых ток снимается или подводится к вращающимся частям.

Вращающаяся часть индукционного генератора называется ротором, а неподвижная — статором.

Как вы знаете, электрический ток вырабатывается на различного рода электростанциях. А выработанная на них электроэнергия передаётся потребителю с помощью линий электропередач (сокращённо ЛЭП). Вроде бы всё просто, но тут есть несколько нюансов. Дело в том, что потребители электричества есть повсюду. А вот производится она в сравнительно немногих местах и, как правило, близко к источникам топливо- и гидроресурсов. Помимо этого электроэнергию невозможно законсервировать в огромных масштабах, поэтому она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому существует необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния. Однако при передаче электроэнергии неизбежны потери энергии, так как ток, проходя по проводам линии, нагревает их. Энергия тока, идущая на нагревание проводов линии передачи, является потерянной энергией.

Чтобы передача электрической энергии была экономически выгодной, необходимо потери на нагревание проводов сделать возможно малыми. Но как это осуществить? Закон Джоуля — Ленца указывает на два различных пути решения этой проблемы. Один путь — уменьшить сопротивление проводов линии передачи. Это можно сделать, взяв провода с большим сечением. Выясним на примере осуществимо ли это практически.

Пусть на электростанции установлен генератор постоянного тока мощностью 200 кВт, создающий напряжение 120 В. Требуется передать вырабатываемую генератором энергию на расстояние 10 км от станции. Какого сечения нужно взять медные провода, чтобы потери в линии передачи не превышали 10 % от передаваемой мощности?

Практически это значит, что такой способ передачи энергии невозможен.

Другой путь, ведущий к уменьшению потерь энергии в линии передачи, заключается в уменьшении тока в линии передачи. Но при данной мощности уменьшение тока возможно лишь при увеличении напряжения. Пусть теперь та же мощность в 200 кВт передаётся при напряжении 12 кВ. Тогда сила тока в линии электропередач составит примерно 16,67 А (то есть в сто раз меньше, чем в предыдущем случае). Так как величина тока уменьшилась в сто раз, то при тех же потерях мощности в ЛЭП сопротивление линии передачи увеличится в 100 2 раз, то есть в 10 000. А вот сечение проводов в 10 000 раз уменьшиться и станет равным 4,86 мм 2 . Значит и вес меди, идущей на изготовление провода, уменьшится в те же 10 000 раз. Следовательно, передача энергии станет практически возможной.

Таким образом, при передаче электроэнергии на большие расстояния необходимо пользоваться высоким напряжением. При этом чем длиннее линия передачи, тем более высокое напряжение в ней используется/

Поэтому при передаче энергии на большие расстояния приходится повышать напряжение тока, получаемого от генераторов, что осуществляется при помощи трансформаторов.

Трансформатор — это устройство, служащее для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте.

Днём рождения трансформатора переменного тока считается 30 ноября 1876 года — это дата получения патента Павлом Николаевичем Яблочковым на устройство, предназначенное для питания изобретённых им же электрических свечей — нового в то время источника света.

В основе работы любого трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Рассмотрим схему простейшего трансформатора. Итак, он состоит из двух изолированных катушек (обмоток) с разным числом витков в них. Обмотки находятся на сердечнике, который состоит из отдельных стальных пластин, собранных в замкнутую раму той или иной формы.

Приложим к концам левой обмотки, которую мы будем называть первичной, переменное напряжение (от сети или генератора). По обмотке пойдёт переменный ток, который намагнитит сталь сердечника, создав в нём переменный магнитный поток. По мере нарастания тока будет расти и магнитный поток в сердечнике, изменение которого возбудит в витках катушки ЭДС самоиндукции, мгновенное значение которой равно первой производной магнитного потока через поверхность, ограниченную одним витком, по времени:

Переменный магнитный поток, возникающий в сердечнике трансформатора, пронизывает и витки вторичной обмотки, возбуждая в каждом из них такую же по величине ЭДС индукции, что и в каждом витке первичной обмотки.

Если первичная обмотка имеет N1 витков, а вторичная — N2 витков, то в обмотках индуцируются (без учёта потерь на рассеивание магнитного потока) соответственно электродвижущие силы «ЭДС один» и «ЭДС два»:

Разделив почленно первое уравнение на второе, получим, что возникающие в катушках ЭДС индукции (самоиндукции) пропорциональны числу витков в них:

Обычно активное сопротивление обмоток катушек очень мало и им часто пренебрегают. Поэтому приложенное к концам первичной обмотки напряжение можно считать примерно равным возникающей в ней ЭДС самоиндукции, взятой с обратным знаком:

Если цепь вторичной обмотки трансформатора разомкнута (это так называемый холостой ход трансформатора), то тока в ней нет, и напряжение на зажимах вторичной обмотки, равно индуцированной в ней ЭДС взятой с обратным знаком:

Мгновенные значения обеих ЭДС изменяются синфазно (то есть одновременно достигают максимумов и минимумов). Поэтому их значения можно заменить отношением действующих значений ЭДС или, учитывая предыдущие равенства, отношением действующих значений напряжений:

Величину К, равную отношению числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке, называют коэффициентом трансформации.

В том случае, когда нужно повысить напряжение, вторичная обмотка устраивается с большим числом витков (это повышающий трансформатор):

В случае же, когда надо понизить напряжение, вторичная обмотка трансформатора берётся с меньшим числом витков (это понижающий трансформатор):

Пока вторичная обмотка разомкнута, трансформатор работает вхолостую. При холостом ходе он потребляет небольшую энергию, так как ток, намагничивающий стальной сердечник вследствие большой индуктивности катушки, очень мал. Передача энергии из первичной цепи во вторичную при холостом ходе отсутствует.

Нагрузим наш трансформатор, замкнув через нагрузку цепь его вторичной обмотки (это так называемый рабочий ход трансформатора). В этом случае происходит непрерывная передача энергии из первичной обмотки трансформатора в его вторичную обмотку. При этом мощность, выделяемая в первичной цепи и выделяемая на нагрузке, будут определяться уравнениями, представленными на экране:

Напомним, что здесь cos φ определяет коэффициент мощности переменного тока. Зная мощности тока в первичной и вторичной цепи трансформатора, можно найти коэффициент полезного действия последнего:

Согласно закону сохранения и превращения энергии, мощность тока во вторичной цепи должна бы быть равна мощности в первичной цепи:

В действительности же это равенство не соблюдается, так как при работе трансформатора имеются потери на нагревание обмоток трансформатора, на вихревые токи в сердечнике и на перемагничивание сердечника; однако потери эти невелики и сдвиги фаз между колебаниями силы тока и напряжения близки к нулю.

Читайте также  Схема тахометр для дизеля от генератора

Поэтому трансформатор принадлежит к числу наиболее совершенных преобразователей энергии. А их коэффициент полезного действия достигает девяноста девяти процентов (99 %).

Иногда потерями в трансформаторе можно пренебречь и считать его КПД равным 100 %. Тогда из равенства мощностей первичной и вторичной цепи следует, что нагрузочные токи в первичной и вторичной обмотках трансформатора обратно пропорциональны приложенным к ним напряжениям:

Это означает, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).

Для закрепления материала, решим с вами такую задачу. Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 350 витков, включён в сеть с напряжением 220 В. Ко вторичной обмотке трансформатора, имеющей 155 витков, включён потребитель сопротивлением 80 Ом. Какова сила тока во вторичной цепи, если падение напряжения на потребителе равно 70 В? Чему равно сопротивление вторичной катушки?

В заключение отметим, что напряжение, вырабатываемое генераторами на различных электростанциях, обычно не превышает 20 кВ. В то время, как мы показали ранее, для оптимальной передачи электричества на большие расстояния требуется напряжение в несколько сотен киловольт. Поэтому ток с электростанции сначала подаётся на расположенную неподалёку повышающую трансформаторную подстанцию, а затем — в линии электропередач. Но поскольку очень высокое напряжение не может быть предложено потребителю, то в конце линии его подают поочерёдно на несколько трансформаторных подстанций, понижающих напряжение до 380 В или 220 В. И лишь потом электроэнергию получают жилые дома и предприятия.

Как работает индукционный генератор вращательного типа

Как работает генератор

Электричество не является первичной энергией, свободно присутствующей в природе в значительных количествах, и для использования его в промышленности и быту оно должно быть произведено. Большую его часть создают устройства, преобразующие движущую силу в электрический ток — так работают генераторы, источниками механической энергии для которых могут служить паровые и водяные турбины, ДВС и даже мускульная сила человека.

История и эволюция

Открытие Майклом Фарадеем в 1831 г. законов электромагнитной индукции стало основой для построения электрических машин. Но до появления электрического освещения не было необходимости в коммерческой реализации технологии. В ранних потребителях электроэнергии, например, в телеграфе, как источник питания использовались гальванические батареи. Это был очень дорогой способ производства электричества.

В конце XIX века многие изобретатели искали применение принципу индукции Фарадея для выработки электроэнергии механическим способом. Одними из важных достижений были разработка динамо Вернером фон Сименсом и производство Ипполитом Фонтеном рабочих моделей генераторов Теофила Грамма. Первые устройства использовались вместе с приборами наружного дугового освещения, известными как свечи Яблочкова.

На смену им пришла весьма успешная система Томаса Эдисона на лампах накаливания. В основе его коммерческих электростанций были мощные генераторы, но схема, построенная на производстве постоянного тока, была плохо приспособлена для распределения питания на большие расстояния из-за внушительных теплопотерь.

Никола Тесла разработал усовершенствованный генератор переменного тока, а также практичный асинхронный двигатель. Эти электрические машины наряду с трансформаторами для повышения и понижения напряжения дали основу для создания электрокомпаниями более крупных сетей распределения с использованием мощных электростанций. В больших энергетических системах переменного тока затраты на генерацию и транспортировку были в несколько раз ниже, чем в схеме Эдисона, что стимулировало спрос на электроэнергию и, как следствие, дальнейшую эволюцию электрических машин. Основными датами в истории генераторов можно считать:

Как работает электрогенератор

  • 1820 г. — Андре-Мари Ампер обнаружил, что электрический ток воздействует на магнитное поле;
  • 1832 г. — создание Фарадеем простейшего униполярного генератора;
  • 1849 г. — первое применение для питания дуговых ламп маяков;
  • 1866 г. — одновременное открытие несколькими изобретателями динамоэлектрического принципа;
  • 1891 г. — демонстрация коммерческой машины для производства многофазного напряжения;
  • 1895 г. — запущена гидроэлектростанция на Ниагаре.

Принцип работы

Генераторы, работающие на принципе электромагнитной индукции, не создают электричества. Они с помощью механической энергии лишь приводят в движение электрические заряды, которые всегда присутствуют в проводниках. Принцип работы электрогенератора можно сравнить с водяным насосом, вызывающим поток воды, но не создающим воду в трубах. Подавляющее большинство индукционных генераторов представляет собой электрические машины вращательного типа, состоящие из двух основных компонентов:

  • статор (неподвижная часть);
  • ротор (вращающаяся часть).

Принцип работы электрогенератора

Для иллюстрации того, как работает электрогенератор, может служить простейшая электрическая машина, состоящая из витка проволоки и U-образного магнита. Основные принципиальные элементы этой модели:

  • магнитное поле;
  • движение проводника в магнитном поле.

Особенности работы генератора

Магнитным полем называется область вокруг магнита, где его сила ощутима. Чтобы лучше понимать работу модели, можно представить силовые линии, выходящие с северного полюса магнита и возвращающиеся в южный. Чем сильнее магнит, тем большее количество силовых линий он создаёт. Если виток начать вращать между полюсами, то обе его стороны начнут пересекать воображаемые магнитные линии. Это вызывает движение электронов в проводнике (генерацию электричества).

В соответствии с правилом правой руки при вращении витка в нём будет индуцироваться ток, изменяющий своё направление через каждые пол-оборота, так как силовые линии сторонами витка будут пересекаться то в одном, то в другом направлении. Дважды за каждый оборот виток проходит через положения (параллельно полюсам), при которых электромагнитная индукция не возникает. Таким образом, простейший генератор работает как электрическая машина, производящая переменный ток. Создаваемое им напряжение может быть изменено за счёт:

  • силы магнитного поля;
  • скорости вращения витка;
  • количества витков провода, пересекающих силовые линии магнитного поля.

Виток проводника, проворачивающийся между полюсами магнита, создаёт ещё один важный эффект. Когда в витке протекает ток, он создаёт электромагнитное поле, обратное полю постоянного магнита. И чем больше электричества индуцируется в витке, тем сильнее магнитное поле и сопротивление проворачиванию проводника. Эта же магнитная сила в витках вызывает вращение ротора электромотора, то есть при определённых условиях генераторы могут работать как двигатели и наоборот.

Особенности генераторов AC

Виды генераторов

Переменный ток (AC) производит описанный простейший генератор. Для того чтобы созданное электричество можно было использовать, его нужно каким-то образом доставить к нагрузке. Это осуществимо при помощи контактного узла на валу, состоящего из вращающихся колец и скользящих по ним фиксированных деталей из углерода, называемых щётками. Каждый конец вращающегося проводника соединён с соответствующим кольцом, и ток, таким образом создаваемый в витке, проходит через кольца и щётки к нагрузке.

Строение промышленных машин

Практические генераторы отличаются от простейших. Обычно они снабжены возбудителем — вспомогательным генератором, подающим постоянный ток электромагнитам, используемым для создания магнитного поля в генераторе.

Промышленные генераторы

Вместо витка в простейшей модели практические устройства оснащают обмотками из медной проволоки, а роль магнита выполняют катушки на железных сердечниках. В большинстве генераторов переменного тока электромагниты, создающие переменное поле, размещаются на роторе, а электроэнергия индуцируется в катушках статора.

В подобных устройствах коллектор используется для переноса постоянного тока от возбудителя на магниты. Это значительно упрощает конструкцию, так как удобнее передавать через щётки слабые токи и принимать высокое напряжение с неподвижных обмоток статора.

Применение в сетях

Использование генераторов

В некоторых машинах количество секций обмоток совпадает с количеством электромагнитов. Но большинство генераторов AC оснащено тремя наборами катушек для каждого полюса. Такие машины производят три потока электричества и называются трёхфазными. Их удельная мощность значительно выше, чем у однофазных.

На электростанциях в качестве преобразователей механической энергии в электрическую служат генераторы AC. Это связано с тем, что напряжение переменного тока легко увеличить или уменьшить с помощью трансформатора. В крупных генераторах производится напряжение около 20 тыс. вольт. Затем оно повышается более чем на порядок для возможности транспортировки электричества на большие расстояния. В месте применения электроэнергии с помощью серии понижающих трансформаторов создаётся напряжение, пригодное для использования.

Устройство динамо-машин

Виток провода, вращающийся между полюсами магнита, за каждый оборот дважды меняет полюса на концах проводника. Чтобы превратить простейшую модель в генератор постоянного тока, необходимо сделать две вещи:

  • отвести ток с витка на нагрузку;
  • организовать протекание отведённого тока только в одном направлении.

Роль коллектора

Генератор вращающего типа

Устройство, называемое коллектором, способно выполнить обе задачи. Его отличие от контактного щёточного узла в том, что его основу составляет не кольцо из проводника, а набор из сегментов, изолированных друг от друга. Каждый конец вращающегося контура соединён с соответствующим сектором коллектора, а две неподвижные угольные щётки снимают с коммутатора электрический ток.

Коллектор устроен таким образом, что независимо от полярности на концах витка и фазы вращения ротора контактная группа обеспечивает току нужное направление при передаче его на нагрузку. Обмотки в практических динамо состоят из множества сегментов, поэтому для генераторов постоянного тока из-за необходимости их коммутации схема, при которой якорь с индуцируемыми катушками вращается в магнитном поле, оказалась предпочтительнее.

Читайте также  Схемы генераторов импульсных сигналов

Питание электромагнитов

Классические динамо используют постоянный магнит для индуцирования поля. Остальные генераторы DC нуждаются в питании для электромагнитов. В так называемых раздельно возбуждаемых генераторах для этого используются внешние источники постоянного тока. Самовозбуждающиеся устройства реализуют часть самостоятельно производимого электричества для управления электромагнитами. Запуск таких генераторов после остановки зависит от их возможности накапливать остаточный магнетизм. В зависимости от способа соединения катушек возбуждения с обмотками якоря разделяют:

  • шунтовые (с параллельным возбуждением);
  • сериесные (с последовательным возбуждением);
  • смешанного возбуждения (с комбинацией шунтового и последовательного).

Типы возбуждения применяются в зависимости от требуемого контроля напряжения. Например, генераторы, используемые для зарядки аккумуляторов, нуждаются в простом управлении напряжением. В этом случае подходящим типом будет шунтовой. В качестве машин, генерирующих энергию для пассажирского лифта, применяют отдельно возбуждаемый генератор, так как подобные системы требуют сложного управления.

Применение коллекторных генераторов

Принцип работы генератора

Многие генераторы DC приводятся в действие двигателями переменного тока в комбинациях, называемых мотор-генераторными установками. Это один из способов изменения переменного тока на постоянный. Заводы, выполняющие гальванизацию, производящие алюминий, хлор и некоторые другие материалы электрохимическим способом, нуждаются в большом количестве прямого тока.

С помощью дизель-электрогенераторов производится также энергоснабжение DC на локомотивах и судах. Поскольку коллекторы являются сложными и ненадёжными устройствами, зачастую генераторы DC заменяются на машины, производящие AC в сочетании с электронными. Коммутаторные генераторы нашли применение в маломощных сетях, позволяющих использовать динамо на постоянных магнитах без контуров возбуждения.

Существуют и другие типы устройств, которые способны производить электричество. К ним относятся электрохимические батареи, термоэлектрические и фотоэлектрические элементы, топливные преобразователи. Но в сравнении с индукционными генераторами AC/DC их доля в мировом производстве энергии ничтожна.

Принцип работы генератора переменного и постоянного тока

Как известно, при прохождении тока через проводник (катушку) образуется магнитное поле. И, наоборот, при движении проводника вверх-вниз через линии магнитного поля возникает электродвижущая сила. Если движение проводника медленное, то соответственно возникающий электрический ток будет слабым. Значение тока прямо пропорционально напряженности магнитного поля, числу проводников, и соответственно скорости их движения.

Простейший генератор тока состоит из катушки, изготовленной в виде барабана, на которую намотана проволока. Катушка крепится на валу. Барабан с проволочной обмоткой еще называют якорем.

генератор тока

генератор тока

Для снятия тока с катушки, конец каждого провода припаивается к токособирающим щеткам. Эти щетки должны быть полностью изолированы друг от друга.

Генератор переменного тока

генератор переменного тока

генератор переменного тока

При вращении якоря вокруг своей оси происходит изменение электродвижущей силы. Когда виток поворачивается на девяносто градусов сила тока максимальная. При следующем повороте падает к значению нуля.

генератор переменного тока

генератор переменного тока

Полный оборот витка в генераторе тока создает период тока или, другими словами, переменный ток.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока

Для получения постоянного тока используется переключатель. Он представляет собой разрезанное кольцо на две части, каждая из которых присоединена к разным виткам якоря. При правильной установке половинок кольца и токособирающих щеток, за каждый период изменения силы тока в устройстве, во внешнюю среду будет поступать постоянный ток.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока

Крупный промышленный генератор тока имеет неподвижный якорь, именуемый статором. Внутри статора вращается ротор, создающий магнитное поле.

Обязательно прочитайте статьи про автомобильные генераторы:

  • «Ремонт автомобильного генератора: признаки неисправности«
  • «Ремонт автомобильного генератора: признаки неисправности«

В любом автомобиле есть генератор тока, работающий при движении машины для питания электрической энергией аккумулятора, систем зажигания, фар, радиоприемника и т.д. Обмотка возбуждения ротора является источником магнитного поля. Для того чтобы магнитный поток обмотки возбуждения подводился без потерь к обмотке статора, катушки помещают в специальные пазы стальной конструкции.

автомобильный генератор тока

автомобильный генератор тока

Таким образом, генератор тока является современным устройством, способный преобразовывать энергию механического движения в электрическую.

Устройство генератора переменного тока

Для того чтобы обеспечить максимально комфортное существование человек разработал и изобрел огромное множество различных технологических устройств и сложных систем. Но одним из самых эффективных и действенных аппаратов, позволяющих использовать электричество стал генератор переменного тока. Ознакомиться с типами и видами УЗО можно здесь.

На фото изображены генераторы переменного тока

На фото изображены генераторы переменного тока

Из чего состоит?

Сегодня выделяют два основных вида конструкции:

  • Устройства с неподвижной частью – статором и вращающимся элементом – магнитным полюсом. Элементы данного типа широко используются среди населения, потому как наличие неподвижной обмотки избавило пользователя от необходимости снимать лишнюю электрическую нагрузку.
  • Электрическое устройство с якорем вращательного типа и неподвижным магнитным полюсом.

Выходит, что конструкция генератора сводится к наличию двух основных частей: подвижной и неподвижной, а также к элементам, которые служат связующим звеном между ними (щетки и провода).

Принцип работы

Принцип работы генератора переменного тока автомобиля:

  • вращающая часть ротора или привода механизма номинально принимается за электрический магнит. Именно он и будет передавать создаваемое магнитное поле на «тело» статора. Это внешний элемент устройства, который состоит из катушек с подведенными к ним проводами.
  • напряжение передается через кольца и коллекторные щитки. Кольца выполнены из меди и вращаются единовременно с ротором и коленвалом. В ходе движения к поверхности колец прижимаются щетки. Следовательно, ток будет передаваться от неподвижной части к подвижной части системы.

Технические характеристики

При покупке генератора переменного тока необходимо делать акцент на следующие технические характеристики:

  • Электрическая мощность;
  • Рабочее напряжение;
  • Количество оборотов вращающейся части генератора;
  • Коэффициент полезной мощности;
  • Сила тока.

Эти величины являются основными техническими характеристиками переменного тока.

Сегодня на территории Российской Федерации реализуют продажу различных видов сертифицированных и не прошедших лицензирование генераторов переменного тока. Обзор бытовых галогенных ламп и как выбрать здесь: https://howelektrik.ru/osveshhenie/lampy/galogenovye/bytovye-galogenovye-lampyobzor-i-kak-vybrat.html. Самыми популярными из этих устройств являются следующие:

    двигатель Стирлинга с линейным генератором переменного тока – этот вариант подходит для тех случаев, когда человеку необходим компактны преобразователь энергии теплового типа;

На фото двигатель Стирлинга с линейным генератором переменного тока

На фото двигатель Стирлинга с линейным генератором переменного тока

Самодельный генератор переменного тока на фото

Самодельный генератор переменного тока на фото

Переносной генератор переменного тока на фото

Переносной генератор переменного тока на фото

Устройство

Чтобы использовать генератор переменного тока правильно, необходимо ознакомиться с его схемой.

На рисунке представлена схема генератора переменного тока

На рисунке представлена схема генератора переменного тока

Также стоит отметить, что бытовые генераторы переменного тока применяются еще и в автотранспортных средствах. Но в данном случае необходимо помнить о том, что элемент, накапливающий энергии не должен быть разряжен полностью, потому как в будущем это может оказать негативное влияние на его технические возможности. Читайте обзор видов и производителей диммеров.

Как возбудить генератор?

Чтобы возбудить генератор переменного электрического тока требуется подать на него соответствующее напряжение, которое приведет к возникновению магнитного поля. Следует помнить о том, что устройства этого вида нередко выходят из строя. Перед запуском необходимо проверить целостность обмотки возбуждения.

Генератор переменного тока ремонт

Для ремонта генератора необходима знать его устройство и принцип работы

Для ремонта генератора необходима знать его устройство и принцип работы

Стоимость бытовых генераторов переменного тока

Купить необходимое бытовое оборудование этого типа можно только в специализированных торговых точках. Стоимость генератора переменного тока, предназначенного для бытового использования, варьируется в промежутке от 35 000 рулей до 70 000 рублей. Цена устройства зависит от технических характеристик и от производителя.

Где купить генератор переменного тока?

Где купить в Москве:

  1. ООО «Аралекс» г.Москва, Ярославское шоссе, дом 2 Контактный телефон: +7 (903) 678-56-50;
  2. ООО «Эксперт Москва», г.Москва, проезд.Остаповский, д.3, стр 8 Контактный телефон: +7 (929) 573-03-64, +7 (903) 180-39-20;
  3. TSK Promgroup, г. Москва, ул.Верейская, 17. Бизнес-центр Верейская плаза 2, Контактный телефон: +7 (495) 580-69-38 доб. 100, +7 (926) 363-62-49.

Где купить в Санкт-Петербурге:

  1. Интернет-магазин ВКорзине.ру, г. Санкт-Петербург аллея Поликарпова д.2 Контактный телефон:8 (812) 426-11-27;
  2. ООО Интермет Санкт-Петербург, Складская улица д.4 Контактный телефон: +7 (812) 747-74-44;
  3. Торговая компания Литэнерго, г.Санкт-Петербург,ул. Литовская, д. 10, офис 1310 Контактный телефон:8 (812) 596-39-79.

Видео

Смотрите на видео как ремонтировать генератор переменного тока:

Перед покупкой любого оборудования, предназначенного для работы с электричеством, необходимо узнать о представителя магазина о наличии всех необходимых сертификатов качества, и протестировать устройство на работоспособность.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: