Električna energija nije primarna energija slobodno prisutna u prirodi u značajnim količinama i mora se proizvoditi za upotrebu u industriji i svakodnevnom životu. Najveći dio stvaraju uređaji koji pretvaraju pogonsku snagu u električnu struju - tako rade generatori, čiji izvori mehaničke energije mogu biti parne i vodene turbine, motori s unutarnjim sagorijevanjem, pa čak i snaga ljudskih mišića.
Istorija i evolucija
Otkriće zakona elektromagnetne indukcije od strane Michaela Faradaya 1831. godine postalo je osnova za konstrukciju električnih mašina. Ali prije pojave električne rasvjete, nije bilo potrebe za komercijalizacijom tehnologije. U ranim potrošačima električne energije, na primjer, u telegrafu, galvanske baterije su korištene kao izvor energije. Ovo je bio veoma skup način proizvodnje električne energije.
Krajem 19. stoljeća, mnogi pronalazači su tražili primjenu Faradejevog principa indukcije za mehaničko generiranje električne energije. Neka od važnih dostignuća bili su razvoj dinamo Vernera von Siemensa i proizvodnja radnih modela Theophilus Gramm generatora od strane Hippolytea Fontainea. Prvi uređaji korišćeni su u kombinaciji sa uređajima za spoljašnju lučnu rasvetu poznatim kao Yablochkov sveće.
Zamijenio ih je vrlo uspješan sistem sijalica sa žarnom niti Thomasa Edisona. Njegove komercijalne elektrane bile su bazirane na snažnim generatorima, ali kolo s istosmjernom strujom nije bilo pogodno za distribuciju energije na velike udaljenosti zbog velikog gubitka topline.
Nikola Tesla je razvio poboljšani alternator, kao i praktičan indukcioni motor. Ove električne mašine, zajedno sa stepenastim i opadajućim transformatorima, dale su osnovu za veće distributivne mreže elektroprivreda koje koriste velike elektrane. U velikim energetskim sistemima naizmenične struje, troškovi proizvodnje i transporta bili su nekoliko puta niži nego u Edisonovoj šemi, što je stimulisalo potražnju za električnom energijom i, kao rezultat, dalju evoluciju električnih mašina. ... Glavni datumi u istoriji generatora mogu se smatrati:
Princip rada
Generatori elektromagnetne indukcije ne proizvode električnu energiju. Uz pomoć mehaničke energije pokreću samo električne naboje koji su uvijek prisutni u provodnicima. Princip rada električnog generatora može se uporediti sa vodenom pumpom koja uzrokuje protok vode, ali ne stvara vodu u cijevima. Nadmoćno većina indukcijskih generatora su rotacijske električne mašine koji se sastoji od dvije glavne komponente:
- stator (stacionarni dio);
- rotor (rotirajući dio).
Za ilustraciju rada električnog generatora može poslužiti jednostavna električna mašina, koja se sastoji od zavojnice žice i magneta u obliku slova U. Glavni osnovni elementi ovog modela:
- magnetno polje;
- kretanje provodnika u magnetskom polju.
Magnetno polje je područje oko magneta gdje se osjeća njegova snaga. Da biste bolje razumjeli kako model funkcionira, možete zamisliti linije sile koje izlaze iz sjevernog pola magneta i vraćaju se na južni pol. Što je magnet jači, stvara više linija sile. Ako zavojnica počne da se okreće između polova, tada će obe strane početi da presijecaju zamišljene magnetske linije. To uzrokuje kretanje elektrona u vodiču (generiranje električne energije).
U skladu s pravilom desne ruke, kada se zavojnica okreće, u njemu će se inducirati struja, mijenjajući svoj smjer svakih pola okreta, jer će se linije sile strana zavojnice sijeći u jednom ili drugom smjeru . Dvaput u svakoj revoluciji, zavojnica prolazi kroz pozicije (paralelne s polovima) na kojima se ne javlja elektromagnetna indukcija. Dakle, najjednostavniji generator radi kao električna mašina koja stvara naizmjeničnu struju. Stres koji stvara može se promijeniti:
- jačina magnetnog polja;
- brzina rotacije zavojnice;
- broj zavoja žice koja prelazi linije sile magnetskog polja.
Petlja provodnika koja se okreće između polova magneta ima još jedan važan efekat. Kada struja teče u petlji, ona stvara elektromagnetno polje suprotno polju stalnog magneta. I što se više električne energije indukuje u zavojnici, to je jače magnetsko polje i otpor okretanju vodiča. Ista magnetska sila u zavojima uzrokuje rotaciju rotora elektromotora, odnosno pod određenim uvjetima generatori mogu raditi kao motori i obrnuto.
Karakteristike AC generatora
Naizmjeničnu struju (AC) proizvodi najjednostavniji opisani generator. Da bi proizvedena električna energija bila upotrebljiva, mora se nekako isporučiti na teret. Ovo se postiže korištenjem kontaktnog sklopa na osovini, koji se sastoji od rotirajućih prstenova i fiksnih karbonskih dijelova zvanih četke koji klize preko njih. Svaki kraj rotirajućeg provodnika spojen je na odgovarajući prsten, a tako stvorena struja u zavojnici prolazi kroz prstenove i četke do opterećenja.
Konstrukcija industrijskih mašina
Praktični generatori se razlikuju od najjednostavnijih. Obično su opremljeni uzbudnikom — pomoćnim generatorom koji napaja jednosmjernu struju elektromagnetima koji se koriste za stvaranje magnetskog polja u generatoru.
Umjesto zavojnice u najjednostavnijem modelu, praktični uređaji opremljeni su namotajima od bakrene žice, a zavojnice na željeznim jezgrama igraju ulogu magneta. U većini alternatora, elektromagneti koji stvaraju naizmjenično polje postavljeni su na rotor i električna energija se inducira u zavojnicama statora.
U takvim uređajima kolektor se koristi za prijenos istosmjerne struje od uzbuđivača do magneta. To uvelike pojednostavljuje dizajn, jer je prikladnije prenositi slabe struje kroz četke i primati visoki napon iz stacionarnih namotaja statora.
Primjena u mrežama
U nekim mašinama, broj sekcija namotaja je isti kao i broj elektromagneta. Ali većina AC generatora opremljena je sa tri seta zavojnica za svaki pol. Takve mašine proizvode tri struje električne energije i nazivaju se trofaznim. Njihova gustina snage je znatno veća od one kod jednofaznih.
U elektranama se AC generatori koriste kao pretvarači mehaničke energije u električnu energiju. To je zato što se izmjenični napon može lako povećati ili smanjiti korištenjem transformatora. Veliki generatori proizvode napon od oko 20.000 volti. Zatim raste za više od reda veličine za mogućnost transporta električne energije na velike udaljenosti. Serija opadajućih transformatora stvara napon pogodan za upotrebu na mjestu gdje se koristi električna energija.
Dinamo uređaj
Zavojnica žice koja rotira između polova magneta mijenja polove na krajevima vodiča dva puta za svaki okret. Da biste najjednostavniji model pretvorili u DC generator, trebate učiniti dvije stvari:
- uzeti struju od petlje do opterećenja;
- organizovati tok preusmerene struje samo u jednom pravcu.
Uloga kolekcionara
Uređaj koji se zove razdjelnik može učiniti oboje. Njegova razlika od sklopa kontaktnih četkica je u tome što njegova osnova nije prsten provodnika, već skup segmenata izoliranih jedan od drugog. Svaki kraj rotacionog kruga povezan je s odgovarajućim sektorom kolektora, a dvije stacionarne ugljene četke uklanjaju električnu struju iz komutatora.
Kolektor je dizajniran tako da, bez obzira na polaritet na krajevima petlje i fazu rotacije rotora, kontaktna grupa daje struju željenog smjera prilikom prijenosa na opterećenje. Namoti u praktičnim dinamima sastoje se od mnogo segmenata, pa se za DC generatore, zbog potrebe njihove komutacije, pokazalo poželjnijim krug u kojem se armatura s induktivnim zavojnicama rotira u magnetskom polju.
Napajanje elektromagneta
Klasični dinamo koriste trajni magnet za indukciju polja. Ostatak DC generatora treba napajanje za elektromagnete. U takozvanim generatorima s odvojenom pobudom za to se koriste vanjski izvori jednosmjerne struje. Samopobuđeni uređaji koriste dio vlastite električne energije za pogon elektromagneta. Pokretanje takvih generatora nakon zaustavljanja ovisi o njihovoj sposobnosti da akumuliraju preostali magnetizam. Ovisno o načinu povezivanja uzbudnih zavojnica s namotajima armature, dijele se:
- šant (sa paralelnom pobudom);
- Serijski (sa sekvencijalnim pobudama);
- mješovita pobuda (sa kombinacijom šanta i serijske).
Tipovi pobude se primjenjuju ovisno o potrebnoj kontroli napona. Na primjer, generatorima koji se koriste za punjenje baterija potrebna je jednostavna kontrola napona. U ovom slučaju, tip šanta bi bio prikladan tip. Generator sa posebnom pobudom koristi se kao mašina koja proizvodi energiju za putnički lift, jer takvi sistemi zahtijevaju složenu kontrolu.
Primjena generatora kolektora
Mnogi DC generatori se napajaju AC motorima u kombinacijama koje se nazivaju motor generatorski setovi. Ovo je jedan od načina da promijenite AC u DC. Postrojenja za galvanizaciju koja elektrohemijski proizvode aluminijum, hlor i neke druge materijale zahtevaju dosta jednosmerne struje.
Dizel generatori također opskrbljuju istosmjernom strujom lokomotive i brodove. Budući da su kolektori složeni i nepouzdani uređaji, DC generatori se često zamjenjuju mašinama koje proizvode naizmjeničnu struju u kombinaciji s elektroničkim. Prekidački generatori našli su primjenu u mrežama male snage, omogućavajući korištenje dinamo s permanentnim magnetom bez pobudnih kola.
Postoje i druge vrste uređaja koji mogu proizvesti električnu energiju. To uključuje elektrohemijske baterije, termoelektrične i fotonaponske ćelije, pretvarače goriva. Ali u poređenju sa AC/DC indukcijskim generatorima, njihov udio u globalnoj proizvodnji energije je zanemariv.
Naizmjeničnu struju industrijske frekvencije u elektranama stvaraju sinhroni generatori električnih strojeva posebno dizajnirani za ovu svrhu. Princip rada ovih jedinica zasniva se na fenomenu elektromagnetne indukcije. Mehanička energija koju proizvodi parna ili hidraulična turbina pretvara se u električnu energiju naizmjenične struje.
Rotirajući dio pogona ili rotora je električni magnet, koji prenosi generirano magnetsko polje na stator. Ovo je vanjski dio uređaja koji se sastoji od tri namotaja žica.
Napon se prenosi preko kolektorskih četkica i prstenova. Bakreni rotorski prstenovi se okreću istovremeno s radilicom i rotorom, zbog čega su četke pritisnute na njih. Oni, zauzvrat, ostaju na svom mjestu, omogućavajući prijenos električne struje iz stacionarnih elemenata generatora njegovog rotirajućeg dijela.
Ovako proizvedeno magnetsko polje, rotirajući preko statora, proizvodi električne struje koje pune bateriju.
Popularni modeli generatora za zavarivanje naizmjenična struja:
Generator naizmjenična struja
Trenutno postoji mnogo različitih vrsta indukcije generatori... Ali svi se sastoje od istih osnovnih dijelova. Ovo je, prvo, elektromagnet ili permanentni magnet, koji stvara magnetsko polje, i, drugo, namotaj u kojem se inducira varijabla EMF- elektromotorna sila (u razmatranom modelu generatora to je rotirajući okvir). Budući da se EMF inducirana u serijski povezanim zavojima dodaje, amplituda indukcijske EMF u okviru je proporcionalna broju zavoja u njemu. Takođe je proporcionalan amplitudi naizmjeničnog magnetnog fluksa (Fm = BS) kroz svaki okret.
Princip rada generatora naizmjenična struja sljedeći. Za postizanje velikog magnetskog fluksa u generatorima se koristi poseban magnetni sistem koji se sastoji od dvije jezgre izrađene od električnog čelika. Namotaji koji stvaraju magnetsko polje postavljeni su u utore jedne jezgre, a namotaji u kojima se indukuje EMF nalaze se u utorima druge. Jedna od jezgri (obično unutarnja), zajedno sa svojim namotajem, rotira oko horizontalne ili vertikalne ose. Stoga se naziva rotor. Fiksno jezgro sa svojim namotajem naziva se stator. Razmak između jezgra statora i rotora je napravljen što manjim kako bi se povećao tok magnetne indukcije.
U modelu generatora prikazanom na slici, rotira se žičani okvir, koji je rotor (iako bez željeznog jezgra). Magnetno polje stvara stacionarni permanentni magnet. Naravno, moglo se učiniti i obrnuto: rotirati magnet i ostaviti okvir nepomičan.
U velikim industrijskim generatorima rotira se elektromagnet, koji je rotor, dok se namotaji u kojima se indukuje EMF polažu u proreze statora i ostaju nepomični. Činjenica je da je potrebno opskrbiti struju rotoru ili ga ukloniti iz namota rotora u vanjski krug pomoću kliznih kontakata. Za to je rotor opremljen kliznim prstenovima pričvršćenim na krajeve njegovog namotaja.
Slika 1. Strukturna shema alternator struja.
Fiksne ploče - četke - su pritisnute na prstenove i povezuju namotaj rotora sa vanjskim krugom. Jačina struje u namotajima elektromagneta, koja stvara magnetsko polje, mnogo je manja od jačine struje koju generator daje vanjskom kolu. Zbog toga je prikladnije ukloniti generiranu struju iz stacionarnih namotaja i napajati relativno slabu struju rotirajućem elektromagnetu kroz klizne kontakte. Ovu struju stvara poseban generator istosmjerne struje (uzbuđivač) koji se nalazi na lijevoj osovini (Trenutno se jednosmjerna struja u namotaj rotora najčešće dovodi iz namotaja statora istog generatora preko ispravljača).
U generatorima male snage, magnetsko polje stvara rotirajući permanentni magnet. U ovom slučaju prstenovi i četke uopće nisu potrebni.
Pojava EMF-a u stacionarnim namotajima statora objašnjava se pojavom vrtložnog električnog polja u njima, nastalog promjenom magnetskog fluksa tijekom rotacije rotora.
Moderni električni generator je impozantna konstrukcija od bakrenih žica, izolacijskih materijala i čeličnih konstrukcija. Sa dimenzijama od nekoliko metara, najvažniji dijelovi generatora se izrađuju sa milimetarskom preciznošću. Nigdje u prirodi ne postoji takva kombinacija pokretnih dijelova koja bi mogla generirati električnu energiju jednako kontinuirano i ekonomično.
IZMJENIČNA STRUJA
Vratilo generatora pokreće remenica koja je klinastim remenom postavljena na radilicu motora. Prijenosni omjer prijenosa s klinastim remenom je 1,7-2,0. Kada se automobil kreće, brzina radilice u praznom hodu za moderne motore je 500-600 o/min, maksimalna frekvencija je 4000-5000 o/min. Dakle, mnogostrukost promjena brzine motora, a samim tim i osovine generatora može doseći 8 - 10. Napon generatora ovisi o brzini njegove osovine. Što je frekvencija veća, to je veći napon generatora. Međutim, svi električni uređaji automobila, posebno lampe i instrumenti
uređaji su projektovani da se napajaju iz konstantnog napona od 12 ili 24 V. Održavanje konstantnog napona generatora bez obzira na promenu brzine i opterećenja generatora (uključivanje potrošača) vrši se posebnim uređajem koji se naziva napon. regulator.
Kada brzina motora padne ispod 500-700 o/min, napon generatora postaje manji od napona akumulatora. Ako se baterija ne odvoji od generatora, ona će se početi prazniti do generatora, što može dovesti do pregrijavanja izolacije namota generatora i pražnjenja baterije. Kada se broj obrtaja motora poveća, generator se mora ponovo priključiti na električni sistem. Uključivanje generatora u električni sistem kada je njegov napon veći od napona akumulatora, a isključenje generatora iz mreže kada je njegov napon manji od napona akumulatora, vrši se posebnim uređajem koji se naziva relej reverzne struje.
Generator je dizajniran da isporuči određenu maksimalnu vrijednost struje za dati generator, međutim, u slučaju kvara u električnom sistemu (ispražnjena baterija, kratki spoj, itd.), generator može isporučiti struju veću od one za koju dizajniran je. Dugotrajan rad generatora u ovom režimu će dovesti do njegovog pregrijavanja i sagorevanja izolacije namotaja. Za zaštitu generatora od preopterećenja koristi se poseban uređaj koji se naziva strujni limiter.
Sva tri uređaja - regulator napona, relej obrnute struje i ograničavač struje - kombinovani su u jednom uređaju koji se zove relej-regulator.
U nekim generatorima, na primjer, G-250, naizmjenična struja, relej obrnute struje i ograničavač struje mogu biti odsutni, ali dizajn generatora sadrži uređaje koji obavljaju funkcije ovih uređaja.
Na sl. 1 prikazan je uređaj alternatora G-250. Generator ima stator 6 sa trofaznim namotom napravljenim u obliku zasebnih zavojnica postavljenih na zupce statora. Svaka faza ima šest namotaja povezanih u seriju. Namotaji faznog statora su spojeni zvijezdom, a njihovi izlazni terminali povezani su sa ispravljačkom jedinicom 10.
Uređaj alternator struja G-250
Kućište statora je sastavljeno od pojedinačnih električnih čeličnih ploča. Pobudni namotaj 4 generatora je napravljen u obliku zavojnice i postavljen je na čeličnu čahuru kljunastih polova rotora 13. Čaura, kljunasti polovi rotora i klizni prstenovi 5 su čvrsto pričvršćeni na osovina rotora 3 (pritisnuti na narezku). Magnetno polje stvoreno uzbudnim namotajem, prolazeći kroz krajeve polova u obliku kljuna, formira sjeverni i južni pol na rotoru (slika 2) (EV Mihajlovski, "Naprava automobila", str. 163) .
Kada se rotor rotira, magnetsko polje polova rotora prelazi zavoje namotaja statora, indukujući promjenjivu emf u svakoj fazi.
Ispravljački krug naizmjenična struja
Struja u namotaju polja dovodi se preko četkica 8 (slika 1) i kliznih prstenova 5, na koje su zalemljeni krajevi namotaja polja. Četke su fiksirane u držaču četkice 9.
Stator generatora je pričvršćen između poklopaca 1 i 7 pomoću veznih vijaka, koji imaju držače za pričvršćivanje generatora na motor. U poklopcu 1 na strani pogona, na vrhu, nalazi se otvor sa navojem za pričvršćivanje zatezne šipke, pomoću koje se podešava zatezanje pogonskog remena alternatora. Poklopci su liveni od legure aluminijuma.
Kako bi se smanjilo habanje, sjedište kugličnog ležaja u stražnjem poklopcu 7 i rupe u konzolama poklopca su ojačane čeličnim čahurama.
Poklopci sadrže kuglične ležajeve 2 i 12 sa dvostranim zaptivkama i mašću za cijeli vijek trajanja ležaja.
Spoljni ventilator 14 (slika 1) i remenica 15 pričvršćeni su na izbočeni kraj osovine rotora 3. Poklopci imaju ventilacione prozore kroz koje prolazi vazduh za hlađenje. Smjer kretanja rashladnog zraka je od poklopca sa strane kliznih prstenova do ventilatora.
U poklopcu sa strane kliznih prstenova ugrađen je ispravljač 10, sastavljen od silikonskih ventila (dioda), koji omogućava radnu temperaturu kućišta plus 150°C.
Tipovi ispravljačkih jedinica
Blok ispravljača VBG-1. (slika 4) sastoji se od tri monobloka spojena na punotalasno trofazno ispravljačko kolo
Svaka dva ispravljačka ventila smještena su u monoblok, koji istovremeno djeluje kao radijator i provodnik koji zacjeljuje srednju tačku kola 3. U kućištu monobloka-radijatora 4 nalaze se dvije utičnice u kojima se skupljaju pn spojevi ispravljačkih ventila. . U jednom gnijezdu, pn-spoj ima p-zonu na tijelu, au drugom - p-zonu. Nasuprotne prelazne zone imaju fleksibilne vodove 9 koji povezuju monoblok sa priključnim sabirnicama 2. Negativna sabirnica ispravljačke jedinice je povezana sa tijelom generatora. U kasnijim izvedbama ispravljačkih jedinica BPV-4-45 (slika 4, b) za struju od 45 A koriste se silikonski ventili tipa VA-20, koji se utiskuju u hladnjake 12 negativnog i pozitivnog polariteta, tri ventili svaki. Hladnjaci su izolovani jedan od drugog plastičnim čaurama-izolatorima 13. Reverzna struja ventila ne prelazi 3 mA, a sklopljene jedinice je 10 mA. Za generatore maksimalne snage do 1200 W t (G-228) koriste se silikonske ispravljačke jedinice VBG-7-G za struju od 80 A (slika 4, c) ili BPV-7-100. U jedinicama BPV-7T i BPV-7-100 koriste se VA-20 ventili, dva paralelna u svakoj ruci, šest ventila u svakom hladnjaku. Jedinica BPV-7-100 za struju od 100 A i njen električni krug prikazani su na Sl. 4, d.
Da bi se smanjio nivo radio smetnji u jedinicama, VBR-7-G i BPV-7-100, kondenzator kapaciteta 4,7 μF instaliran je paralelno sa terminalima "+" i "-" generatora. Opšti izgled ventila BA-20 prikazan je na Sl. 5. Nazivna struja ventila je 20 A. Radi pojednostavljenja kola, električnih priključaka, ventili se proizvode u dve verzije - sa direktnim i obrnutim polaritetom na kućište (Sl. 5, b). U ventilima direktnog polariteta "+" ispravljene će biti na tijelu, u ventilima obrnutog polariteta će biti "-" ispravljene struje.
Ventili direktnog i obrnutog polariteta razlikuju se po boji oznake nanesene bojom na dnu kućišta. Ventili pozitivnog polariteta: (“+” na kućištu) su označeni crvenom bojom, a ventili obrnutih polariteta (“-” na kućištu) su označeni crnom.
Silikonski ventil VA-20
Električna šema za povezivanje namotaja generatora i ispravljača prikazana je na slici 3, a. Kada se rotor generatora okreće u svakoj fazi, indukuje se naizmenični napon čija je promena za jedan period prikazana na Sl. 3, b. Nakon ispravljanja, krivulje faznog napona će poprimiti oblik prikazan na Sl. 3, c. Ispravljeni napon će biti skoro konstantan (linija 1 na slici 3, c), a frekvencija talasanja ispravljenog napona će biti šest puta veća od frekvencije u faznim namotajima (Yu.I. Borovskikh, "Uređaj automobila" , str. 183).
Sa povećanjem brzine rotacije, frekvencija struje inducirane u faznim namotajima generatora raste naizmjenična struja, a induktivni otpor namotaja se povećava. Stoga, pri visokoj frekvenciji rotacije rotora, kada generator može isporučiti maksimalnu snagu, ne postoji opasnost od njegovog preopterećenja, jer je struja generatora ograničena povećanim induktivnim otporom njegovih namotaja. Ovaj fenomen kod generatora naizmjenična struja se naziva svojstvom samoograničavanja. Automobilski generatori G-250, G-270, G-221 i drugi dizajnirani su na način da im nije potreban strujni limiter.
Svojstvo ventila da propušta struju samo u jednom smjeru (od generatora do akumulatorske baterije) eliminira potrebu za ugradnjom releja obrnute struje u relej-regulator. Dakle, relej-regulator koji radi sa automobilskim generatorom naizmjenična struja, može se koristiti samo regulator napona. Ovo uvelike pojednostavljuje dizajn i smanjuje veličinu, težinu i cijenu releja-regulatora. Putevi struje kroz ventile ispravljača kada namotaji prođu prvu fazu sjevernog i južnog pola rotora prikazani su na sl. 3, a strelicama. Kao što se može vidjeti iz dijagrama, ako se namotaji prve faze izmjenjuju u smjeru struje, struja u krugu opterećenja (Rn) će biti konstantna. Proces je sličan iu ostalim fazama.
II. ONDA. GENERATOR
Kvarovi i kvarovi generatora su: prekid ili kratki spoj u namotu statora generatora ili u pobudnom namotu, prekid kontakta četkica sa prstenovima i varničenje četkica, istrošenost ležajeva generatora, kvar ili slabljenje opruga držača četkice, kvar dioda u ispravljaču, popuštanje zatezanja (pretjerana napetost) pogonskog remena.
Neispravnosti alternatora se otkrivaju očitavanjem ampermetra ili lampice upozorenja. Ampermetar s neispravnim generatorom će pokazati pražnjenje, a signalna lampica će biti upaljena kada motor radi. Gubitak kontakta četkica sa prstenovima nastaje zbog prljavštine, gorenja ili istrošenosti, lomljenja ili istrošenosti četkica, kao i slabljenja ili loma pritisnih opruga četkica. Kontaminaciju prstena obrisati čistom krpom, zagorele prstenove očistiti staklenim papirom, istrošenu četku zamijeniti novom i protrljati preko prstena.
III. DIJAGNOSTIKA GENERATORA
Dijagnostikovanje generatora svodi se na provjeru graničnog napona i zdravlja generatora. Da biste izvršili ovu operaciju, morate uključiti voltmetar paralelno sa trenutnim potrošačima. Granični napon se provjerava s uključenim potrošačima struje (bočna svjetla i bočna svjetla) i povećava se broj okretaja radilice motora. Trebao bi biti u rasponu od 13,5-14,2 V. Performanse generatora se ocjenjuju naponom kada su svi potrošači uključeni brzinom koja odgovara punoj snazi generatora, koja bi trebala biti najmanje 12 V. i rijetka kvarovi generatora, kao što su prekid ili kratki spoj namotaja statora na masu, prekid ili kvar ispravljačkih dioda, zbog značajnih rezervi performansi generatora.
Ove kvarove je lako prepoznati po karakterističnom obliku oscilograma koji je prvenstveno povezan s povećanjem raspona fluktuacija napona. Uz ispravan rad generatora, raspon fluktuacija napona u mreži ne prelazi 1-1,2 V, što je posljedica periodičnog uključivanja primarnog namota zavojnice za paljenje u krug opterećenja. Lako se očitava sa oscilograma osciloskopa mototestera (Elkon S -300, Elkon S -100A, K-461, K-488).
Sa jednom probušenom (kratko spojenom) diodom, kao rezultat njenih ispravljačkih svojstava, raspon fluktuacije napona se povećava na 2,5-3 V. uz generalno smanjenje frekvencije vibracija. Prosječni nivo napona koji pokazuje voltmetar se ne mijenja, međutim, skokovi napona dovode do smanjenja trajnosti baterije i drugih elemenata električne opreme (VL Rogovtsev, "Projektovanje i rad vozila", str.391).
Dakle, istovremena upotreba osciloskopa i voltmetra omogućava brzo i objektivno dijagnosticiranje generatora i relejnih regulatora. naizmjenična struja... Povećanje napona generatora za 10-12% više od izračunatog smanjuje vijek trajanja akumulatorskih baterija za 2-3 puta.
Neispravan generator se zamjenjuje ili popravlja u elektrotehnici, granični napon releja-regulatora se reguliše naponom armaturne opruge, a ako to nije moguće, mijenja se i relej-regulator. Beskontaktni tranzistorski relej-regulatori regulišu se samo u prodavnici elektrotehnike.
29 ELEKTRIČNI GENERATORI IZMJENIČNA STRUJA
Naučnih pravaca, u kojima su se istraživanja pokazala jednako plodnim kao i na polju visokofrekventnih struja, malo je. Jedinstvena svojstva ovih struja i upečatljiva priroda fenomena koje su demonstrirali, odmah su zaokupili pažnju svih. naučnici su pokazali interesovanje za istraživanja u ovoj oblasti, inženjeri su se zainteresovali za perspektivu njihove industrijske primene, a lekari su u njima videli dugo očekivano sredstvo za efikasno lečenje telesnih bolesti. Otkako su moji prvi istraživački radovi objavljeni 1891. godine, stotine tomova su napisane o ovoj temi i izvučeni su bezbrojni zaključci o ovom novom fenomenu. Ipak, ovaj naučno-tehnički pravac je u periodu formiranja, a budućnost u svojim dubinama čuva nešto neuporedivo značajnije.
Od samog početka bio sam svjestan hitne potrebe za stvaranjem efikasnih uređaja koji ispunjavaju brzo rastuće zahtjeve, a tokom osam godina, dosljedno ispunjavajući ranije data obećanja, razvio sam najmanje pedeset tipova pretvarača, odnosno električnih generatora, naizmjenične struje, besprijekorne u svakom pogledu i dovedene do te mjere savršenstva, da ni sada nijedna od njih nije mogla napraviti značajnija poboljšanja. Da sam se vodio praktičnim razmatranjima, možda bih započeo odličan i profitabilan posao, pružajući značajne usluge čovječanstvu na tom putu. Ali sila okolnosti i do tada neviđeni izgledi za još značajnija dostignuća usmjerili su moje napore u drugom pravcu. A sada sve ide na to da će se uskoro na tržištu prodavati uređaji koji su, začudo, stvoreni prije dvadeset godina!
Ovi generatori su posebno dizajnirani za rad u AC i DC rasvjetnim mrežama, za stvaranje prigušenih i neprigušenih oscilacija sa frekvencijom, amplitudom i naponom postavljenim u širokom rasponu. Oni su kompaktni, samostalni, ne zahtijevaju dugotrajno održavanje i smatrat će se vrlo praktičnim i korisnim u različitim područjima, na primjer, za bežični telegraf i telefon; za konverziju električne energije; za stvaranje hemijskih jedinjenja fuzijom i vezivanjem; za sintezu plina; za proizvodnju ozona; za rasvjetu, zavarivanje, sanitarnu profilaksu i dezinfekciju općinskih, medicinskih i stambenih prostorija, kao i za mnoge druge namjene u naučnim laboratorijama i industrijskim preduzećima. Iako ovi pretvarači nikada ranije nisu opisani, opći principi njihovog dizajna su u cijelosti izneseni u mojim publikacijama i patentima, detaljnije u od 22. septembra 1896. godine, te stoga, mislim, nekoliko priloženih fotografija i prateći sažetak objašnjenje će pružiti sveobuhvatne informacije ako su potrebne.
Glavni dijelovi takvog generatora su kondenzator, samoindukcijska zavojnica za pohranjivanje visokog potencijala, prekidač i transformator, koji se napaja periodičnim pražnjenjem kondenzatora. Uređaj uključuje najmanje tri, a obično četiri, pet ili šest elemenata za podešavanje; Regulacija efikasnosti se vrši na više načina, najčešće pomoću jednostavnog vijka za podešavanje. Pod povoljnim uslovima može se postići efikasnost do 85%, odnosno može se reći da se energija koja se dobija iz izvora energije može regenerisati u sekundarnom kolu transformatora. Ako je glavna prednost ovog tipa aparata očito u izvanrednim sposobnostima kondenzatora, onda su određene specifične kvalitete posljedica formiranja serijskog kola, pod uslovom da se poštuju tačni harmonijski odnosi i gubici trenjem, kao i ostali gubici su minimizirani, što je jedan od glavnih ciljeva ovog projekta.
Uopšteno govoreći, uređaji se mogu podijeliti u dvije klase: jednu u kojoj prekidač ima čvrste kontakte, a drugu u kojoj se pravljenje i lomljenje vrši živom. Na slikama od 1 do 8, uključujući, prikazan je prvi tip, a drugi drugi. Prvi su sposobni za postizanje veće efikasnosti, uzimajući u obzir činjenicu da su gubici od zatvaranja i otvaranja svedeni na minimum, a prijelazni otpor koji uzrokuje prigušenje oscilacija je mali. Potonje je poželjno koristiti u slučajevima kada je potrebna velika izlazna snaga i veliki broj pauza u sekundi. motor i čoper troše, naravno, određenu količinu energije, čiji će udio, međutim, biti manji, što je veća snaga instalacije.
Na slici 1 prikazan je jedan od prvih tipova generatora napravljenih za eksperimentalne svrhe. Kondenzator je postavljen u pravougaonu kutiju od mahagonija, na koju je montiran samoindukcijski kalem, čiji su zavoji, naglašavam, podijeljeni u dva dijela, spojeni paralelno ili serijski, ovisno o naponu napajanja od 110 ili 220 volti. Iz kutije vire četiri bakrene šipke s pločom s opružnim kontaktima i na njima pričvršćenim vijcima za podešavanje; iznad kutije su dva masivna provodnika povezana na primarni namotaj transformatora. Dvije šipke se koriste za spajanje na kondenzator, a druge dvije se koriste za spajanje na terminale prekidača ispred samoindukcijske zavojnice i kondenzatora. Primarni namotaj transformatora sastoji se od nekoliko zavoja bakrene trake, na čije su krajeve zalemljene kratke igle, koje točno odgovaraju terminalima namijenjenim za njih. Sekundarni namotaj se sastoji od dva dijela, namotana na način da što je moguće više smanji vlastiti kapacitet, a istovremeno omogućava zavojnici da izdrži vrlo visoke napone između svojih terminala u sredini, koji su spojeni na terminale na dva izbočena gumena stupa. Redoslijed priključaka u strujnom kolu može donekle varirati, ali obično su shematski prikazani u majskom izdanju Electrical Experimentera na stranici 89, što se odnosi na moj transformator dizajniran za rad u alternatorima, čija se fotografija nalazi na stranici 16. istih brojeva časopisa. Princip rada uređaja je sljedeći. Kada je prekidač uključen, struja iz napajanja struji kroz samoindukcijski svitak, magnetizirajući željezno jezgro unutar njega i odspajajući kontakte prekidača. indukovana struja puni kondenzator na visoki napon, a nakon što su kontakti zatvoreni, akumulirana energija se prazni kroz primarni namotaj, uzrokujući dugi niz oscilacija koje pobuđuju podešeni sekundarni namotaj.
Il. 1. Generator stvoren za eksperimentalne svrhe
Uređaj se pokazao izuzetno korisnim u izvođenju svih vrsta laboratorijskih eksperimenata. Na primjer, prilikom istraživanja fenomena impedanse, transformator je uklonjen i savijena bakarna ploča je spojena na terminale. Ploča je često zamjenjivana velikom kružnom zavojnicom kako bi se demonstrirao fenomen indukcije na daljinu, odnosno sposobnost pobuđivanja rezonantnih kola koja se koriste u raznim studijama i mjerenjima. Transformator pogodan za svaku primjenu može se lako izraditi i spojiti na bilo koji ulaz, čime se postižu velike uštede u vremenu i radu. Suprotno pretpostavkama, stanje kontakata prekidača nije izazvalo mnogo problema, uprkos činjenici da je jačina struje koja je prolazila kroz njih bila velika, odnosno u prisustvu rezonancije, jaka struja se javljala samo kada je strujno kolo bilo zatvorena, a isključena je mogućnost destruktivnog luka. U početku sam koristio kontakte od platine i iridijuma, kasnije sam materijal zamijenio meteoritnim materijalom i na kraju sam se odlučio na volfram. Ovo posljednje je najviše zadovoljilo jer je omogućavalo kontinuirani rad više sati i dana.
Slika 2 prikazuje mali generator dizajniran za neku posebnu namjenu. Razvoj se zasnivao na ideji dobijanja visokih energija u vrlo kratkom vremenskom periodu nakon relativno duge pauze. U tu svrhu korištena je zavojnica s velikom samoindukcijom i brzodjelujućim prekidačem. Zahvaljujući ovakvom rasporedu, kondenzator je bio napunjen do visokog potencijala. U sekundarnom namotu dobijena je brza naizmjenična struja i velika iskrista pražnjenja, pogodna za zavarivanje tankih žica, za osvjetljavanje žarulja sa žarnom niti, za paljenje eksplozivnih smjesa i druge slične primjene. Ovaj uređaj je takođe prilagođen da se napaja na baterije, a ova modifikacija se pokazala veoma efikasnom kao upaljač za gasne motore, za koji sam 16. avgusta 1898. godine dobio patent broj 609250. Slika 3 prikazuje veliki prvoklasni generator za eksperimente bežičnog prijenosa, akviziciju rendgenskih zraka i druga naučna istraživanja. Sastoji se od kutije i dva kondenzatora smještena unutar nje, koji imaju kapacitet koji kalem za punjenje i transformator mogu izdržati. Prekidač, ručni prekidač i priključne stezaljke su montirane na prednjoj strani samoinduktivnog svitka na isti način kao i jedna od kontaktnih opruga. Tijelo kondenzatora ima tri izvoda, od kojih dva vanjska služe samo za spajanje, dok je srednji opremljen kontaktnom pločom sa zavrtnjem za regulaciju intervala u kojem se kolo zatvara. Vibrirajuća opruga, čija je jedina funkcija da uzrokuje povremene otvore, može se podesiti mijenjanjem omjera kompresije, kao i udaljenosti od željeznog jezgra smještenog u središtu zavojnice za punjenje pomoću četiri zavrtnja za podešavanje vidljiva na gornjoj ploči, tako osiguravajući bilo koji željeni način mehaničkog podešavanja. Primarni namotaj transformatora je izrađen od bakarne trake, a na odgovarajućim mjestima se donose zaključci za proizvoljno mijenjanje broja zavoja. Kao i kod oscilatora prikazanog na slici 1, samoindukcijski kalem ima dvosječni namotaj tako da uređaj može raditi na mreži napona od 110 i 220 volti; nekoliko sekundarnih namotaja je takođe obezbeđeno da odgovaraju različitim talasnim dužinama u primarnom. Izlazna snaga je bila približno 500 vati sa prigušenim oscilacijama od oko 50. 000 perioda u sekundi. Kontinuirane oscilacije su se javljale u kratkim vremenskim periodima kada se sabijala vibrirajuća opruga, koja je bila čvrsto pritisnuta uz željezno jezgro, i kada su kontakti odspajani pomoću vijka za podešavanje, koji je služio i kao ključ. Sa ovim generatorom sam napravio niz važnih zapažanja, a to je bila jedna od tih mašina koja je predstavljena na predavanju na Akademiji nauka u Njujorku 1897. godine.
Il. 2. Mali Teslin oscilator dizajniran kao upaljač za gasne motore
Il. 3. Veliki Tesla oscilator dizajniran za eksperimente bežičnog prijenosa
Il. 7 . Teslin veliki transformator
Il. 8. Rotacioni čoper pretvarač koji se koristi za eksperimente bežičnog prijenosa
Slika 4 prikazuje tip transformatora koji je u svim aspektima identičan onom predstavljenom u pomenutom izdanju Electrical Experimentera iz maja 1919. godine. Sastoji se od istih osnovnih dijelova, postavljenih na sličan način, ali je posebno dizajniran za napajanje od 220 do 500 volti i više. Podešavanje se vrši ugradnjom kontaktne opruge i pomeranjem gvozdenog jezgra gore-dole unutar indukcione zavojnice pomoću dva zavrtnja za podešavanje. Osigurači su uključeni u dovod kako bi se spriječila oštećenja od kratkih spojeva. Tokom fotografisanja, uređaj je radio, stvarajući kontinuirane oscilacije iz rasvjetne mreže od 220 volti.
Slika 5 prikazuje kasniju modifikaciju transformatora uglavnom namijenjenu zamjeni Rumkorfovih namotaja. U ovom slučaju koristi se primarni namot sa znatno većim brojem zavoja, a sekundar je u neposrednoj blizini. struje generirane u potonjem, sa naponima od 10.000 do 30.000 volti, obično se koriste za punjenje kondenzatora i napajanje autonomne visokofrekventne zavojnice. Upravljački mehanizam je raspoređen nešto drugačije, ali oba dijela - jezgro i kontaktna opruga - su podesivi kao i prije.
Na slici 6 prikazan je mali uređaj iz niza takvih uređaja, posebno namijenjen za proizvodnju ozona ili dezinfekciju. Zbog svoje veličine izuzetno je efikasan i može se priključiti na mrežni napon od 110 ili 220 volti DC ili naizmjenična struja, prvo je poželjnije.
Il. 9. Transformator i živin prekidač
Il. 10. Veliki Tesla pretvarač sa zatvorenom komorom i živinim kontrolerom
Slika 7 prikazuje veći transformator iz ove serije. Dizajn i raspored sastavnih dijelova ostaju isti, ali se u kućištu nalaze dva kondenzatora od kojih jedan ulazi u kolo zavojnice, kao i kod prethodnih modela, dok je drugi spojen paralelno s primarnim namotom. Tako se u potonjem stvaraju struje velike jačine i stoga se pojačavaju efekti u sekundarnom kolu. Uvođenje dodatnog rezonantnog kola daje i druge prednosti, ali se podešavanje pokazuje težim, pa je poželjno koristiti uređaj ove vrste za dobivanje struja zadane konstantne frekvencije.
Il. 11. Tesla generator sa hermetički zatvorenim razbijač žive dizajniran za niskonaponske generatore
Il. 13. Druga vrsta pretvarača naizmjenična struja sa hermetički zatvorenim razbijač žive
Il. 14. Šema i raspored dijelova modela prikazanih na ilustraciji 13
Na slici 8 prikazan je transformator sa rotacionim čoperom. U kućištu se nalaze dva kondenzatora istog kapaciteta koji se mogu spojiti serijski ili paralelno. Induktori za punjenje su u obliku dvije dugačke bobine na koje su postavljena dva izvoda sekundarnog kola. Mali DC motor se koristi za pogon posebno dizajniranog prekidača, čija brzina može varirati u velikoj mjeri. U ostalim aspektima, ovaj generator je sličan modelu prikazanom na slici 3, a iz gore navedenog je lako razumjeti kako radi. Ovaj transformator sam koristio u eksperimentima bežičnog prijenosa i često za osvjetljavanje laboratorije svojim vakuumskim cijevima, a bio je izložen i na gore spomenutom predavanju koje sam održao Njujorškoj akademiji nauka.
Pređimo sada na mašine druge klase, od kojih je jedan AC pretvarač prikazan na slici 9. Njegovo kolo uključuje kondenzator i indukcijski kalem za punjenje, koji su smješteni u jednoj komori, transformator i živin prekidač. Dizajn potonjeg je prvi put opisan u mom patentu br. 609251 od 16. avgusta 1898. godine. sastoji se od šupljeg bubnja kojeg pokreće elektromotor s malom količinom žive unutar njega, koji se centrifugalnom silom baca na zidove šupljine i nosi sa sobom kontaktni disk, povremeno zatvarajući i otvarajući krug kondenzatora. Uz pomoć vijaka za podešavanje iznad bubnja moguće je po želji mijenjati dubinu uranjanja lopatica, a samim tim i trajanje svakog kontakta, te na taj način prilagoditi karakteristike razbijača. Ovaj tip prekidača je zadovoljio sve zahtjeve, jer je ispravno radio sa strujama od 20 do 25 ampera. Broj prekida u sekundi obično je bio između 500 i 1000, ali su moguće i veće stope. cijela jedinica je 10 "x 8" x 10" i ima izlaznu snagu od približno 1/2 kW.
U ovdje opisanom pretvaraču, prekidač je izložen atmosferi i dolazi do postepene oksidacije žive. Ovaj nedostatak je oslobođen uređaja prikazan na slici 10. Ima perforirano metalno kućište, unutar kojeg su smješteni kondenzator i indukcijski kalem za punjenje, a iznad njega motor čopera i transformator.
Il. 15 i 16. Tesla transduktor sa hermetički zatvorenom razbijač živečiji je rad regulisan gravitacijom; sklopovi motora i prekidača
Tip živinog prekidača koji će biti opisan radi na principu mlazne struje koja pulsira da bi uspostavila kontakt s rotirajućim diskom unutar bubnja. Stacionarni dijelovi su pričvršćeni unutar komore na šipku koja se proteže cijelom dužinom šupljeg bubnja, a za brtvljenje komore, unutar koje se nalazi razbijač, koristi se živina brtva. Prolazak struje u bubanj vrši se pomoću dva klizna prstena smještena na vrhu, koji su serijski spojeni s kondenzatorom i primarnim namotom. Eliminacija kiseonika je neosporno poboljšanje koje eliminiše oksidaciju metala i povezane poteškoće i održava uslove rada u svakom trenutku.
Na slici 11 prikazan je generator sa hermetički zatvorenim razbijač žive... Kod ovog uređaja, stacionarni dijelovi prekidača unutar bubnja pričvršćeni su na cijev kroz koju je provučena izolirana žica, spojena na jedan terminal prekidača, dok je drugi terminal spojen na rezervoar. Ovo je učinilo klizne prstenove nepotrebnim i pojednostavila konstrukciju. Uređaj je dizajniran za generatore niskog napona i frekvencije, koji zahtijevaju relativno malu struju u primarnom namotaju, a korišten je za pobuđivanje rezonantnih kola.
Slika 12 je poboljšani model oscilatora kao što je opisano na slici 10. U ovom modelu, potporna šipka unutar šupljeg bubnja je eliminisana i živina pumpa se drži na mjestu gravitacijom. Detaljniji opis će biti dat u vezi sa drugom ilustracijom. Kapacitivnost kondenzatora i broj zavoja primarnog kola mogu se mijenjati kako bi se mogle generirati oscilacije u nekoliko frekventnih modova.
Slika 13 je fotografski prikaz drugog tipa generatora. naizmjenična struja sa hermetički zatvorenim razbijač žive i Slika 14 je dijagram strujnog kola i raspored delova koji su reprodukovani iz mog patenta br. 609245 od 16. avgusta 1898. koji opisuje ovaj konkretan uređaj. Kondenzator, indukcijski svitak, transformator i prekidač su postavljeni kao i prije, ali potonji ima strukturne razlike, što će postati jasno nakon razmatranja ovog kola. Šuplji bubanj a spojen na c-os, koja je montirana sa vertikalnim ležajem i prolazi kroz elektromagnet trajnog polja d motor. Tijelo je unutar bubnja ojačano na kotrljajućim ležajevima h od magnetne supstance, zaštićen kapom b u centru lamelarnog gvozdenog prstena, sa polovima oo, na kojima se nalaze spirale povezane sa strujom R. Prsten je oslonjen na četiri stupa, au magnetiziranom stanju drži tijelo h u jednom položaju dok se bubanj rotira. Potonji je izrađen od čelika, a kapa je najbolje od nikl srebra, pocrnjena kiselinom ili niklovana. Tijelo h ima kratku cijev k, savijen, kao što je prikazano, da zadrži tečnost dok se rotira i izbačen na zupce diska pričvršćenog za bubanj. Disk je izoliran, a kontakt između njega i vanjskog kola se ostvaruje pomoću živinog lijevka. Brzom rotacijom bubnja, mlaz tekućeg metala se baca na disk, zatvarajući i otvarajući na taj način kontakt otprilike 1000 puta u sekundi. Uređaj radi tiho i zbog odsustva oksidacionog medija ostaje uvijek čist i u odličnom stanju. Moguće je, međutim, postići mnogo veći broj oscilacija u sekundi kako bi struje bile pogodne za bežičnu telefoniju i druge slične svrhe.
Modifikovani tip oscilatora prikazan je na slikama 15 i 16, prva je fotografska slika, a druga je dijagram koji prikazuje raspored unutrašnjih delova regulatora. U ovom slučaju, osovina b... nosivi šuplji kontejner a, oslanjajući se na kotrljajuće ležajeve, spojene na vreteno j... za koji je teret pričvršćen k. izolovan od potonjeg, ali mehanički spojen na njega, savijeni nosač L Služi kao oslonac za disk prekidača sa zupcima koji se slobodno vrti. Disk je povezan sa eksternim strujnim krugom pomoću živinog levka i izolovanog utikača koji viri iz vrha osovine. Zbog nagnutog položaja elektromotora, opterećenje k drži disk prekidača na mjestu gravitacijom, a kako se osovina rotira, petlja kondenzatora / primarnog namotaja se brzo zatvara i otvara.
Il. 17. Tesla pretvarač sa uređajem za prekidanje u obliku struje žive
Slika 17 prikazuje identičan aparat u kojem je prekidač mlaz žive koji udara u izolovani zupčanik koji se nalazi na izolovanoj ivici u sredini poklopca bubnja, kao što se vidi na slici. Spajanje na kondenzator se vrši pomoću četkica koje se nalaze na istom poklopcu.
Slika 18 - Tip pretvarača sa razbijač žive korištenje diska modificiranog u nekim detaljima koje treba pažljivo razmotriti.
Ovdje je prikazano samo nekoliko gotovih AC pretvarača, i oni čine mali dio visokofrekventnih aparata za koje se nadam da ću ih detaljno dati kasnije, kada budem oslobođen hitnih obaveza.
Il. 18. Tesla pretvarač sa razbijač žive koristeći disk
Alternator
Opis:
Alternator. Uređaj i princip rada.
Izraz "generacija" u elektrotehnici dolazi iz latinskog jezika. To znači "rođenje". Što se tiče energije, možemo reći da su generatori tehnički uređaji koji proizvode električnu energiju.
U ovom slučaju, treba napomenuti da se električna struja može proizvesti pretvaranjem različitih vrsta energije, na primjer:
hemijski;
svjetlo;
termičke i druge.
Istorijski gledano, generatori su konstrukcije koje pretvaraju kinetičku energiju rotacije u električnu.
Prema vrsti proizvedene električne energije, generatori su:
1. stalna struja;
2. promenljiva.
Fizičke zakone koji omogućavaju stvaranje modernih električnih instalacija za proizvodnju električne energije transformacijom mehaničke energije otkrili su naučnici Oersted i Faraday.
U dizajnu bilo kojeg generatora implementira se kada se električna struja ubrizgava u zatvoreni okvir zbog njegovog presjeka s rotirajućim magnetskim poljem, koje se stvara u pojednostavljenim modelima za kućnu upotrebu ili uzbudnim namotajima na industrijskim proizvodima povećane snage.
Kada rotirate okvir, veličina magnetnog fluksa se mijenja.
Elektromotorna sila inducirana u petlji ovisi o brzini promjene magnetskog fluksa koji prodire kroz petlju u zatvorenoj petlji S i direktno je proporcionalna njenoj vrijednosti. Što se rotor brže rotira, to je veći napon koji se stvara.
Da bi se stvorila zatvorena petlja i preusmjerila električna struja iz nje, bilo je potrebno stvoriti sklop kolektora i četkice koji osigurava stalan kontakt između rotirajućeg okvira i stacionarnog dijela kola.
Zbog konstrukcije četkica sa oprugom, koje pritiskaju kolektorske ploče, električna struja se prenosi do izlaznih stezaljki, a sa njih zatim ulazi u mrežu potrošača.
Princip rada najjednostavnijeg DC generatora
Kada se okvir rotira oko ose, njegova lijeva i desna polovina ciklički prolaze oko južnog ili sjevernog pola magneta. Svaki put u njima dolazi do promjene smjera struja u suprotan tako da na svakom polu teku u jednom smjeru.
Da bi se stvorila jednosmjerna struja u izlaznom kolu, na kolektorskom sklopu se stvara poluprsten za svaku polovicu namota. Četke uz prsten uklanjaju potencijal samo njihovog znaka: pozitivnog ili negativnog.
Budući da je poluprsten rotirajućeg okvira otvoren, u njemu se stvaraju momenti kada struja dostigne svoju maksimalnu vrijednost ili je odsutna. Da bi se održao ne samo smjer, već i konstantna vrijednost generiranog napona, okvir se izrađuje posebno pripremljenom tehnologijom:
ona ne koristi jednu zavojnicu, već nekoliko - ovisno o veličini planiranog napona;
broj ramova nije ograničen na jednu kopiju: pokušavaju da budu dovoljni da optimalno održavaju pad napona na istom nivou.
U DC generatoru, namotaji rotora se nalaze u utorima. Ovo omogućava smanjenje gubitka induciranog elektromagnetnog polja.
Konstrukcijske karakteristike DC generatora
Glavni elementi uređaja su:
vanjski okvir napajanja;
magnetni polovi;
stator;
rotirajući rotor;
sklopna jedinica sa četkama.
Telo je napravljeno od legure čelika ili livenog gvožđa kako bi se obezbedila mehanička čvrstoća celokupne strukture. Dodatni zadatak kućišta je prijenos magnetskog toka između polova.
Polovi magneta su pričvršćeni za tijelo pomoću klinova ili vijaka. Na njima je montiran namotaj.
Stator, koji se naziva i jaram ili jezgro, napravljen je od feromagnetnih materijala. Namotaj pobudnog svitka je postavljen na njega. Jezgro statora opremljen magnetnim polovima koji formiraju njegovo magnetsko polje sile.
Rotor ima sinonim: sidro. Njegovo magnetno jezgro se sastoji od laminiranih ploča koje smanjuju stvaranje vrtložnih struja i povećavaju efikasnost. Namotaji rotora i / ili samopobuda položeni su u žljebove jezgre.
Prebacivanje čvora sa četkicama može imati različit broj polova, ali je uvijek višekratnik dva. Materijal četkica je obično grafit. Kolektorske ploče su izrađene od bakra, kao najoptimalnijeg metala, pogodnog za električna svojstva strujne provodljivosti.
Zahvaljujući upotrebi prekidača, na izlaznim stezaljkama DC generatora stvara se pulsirajući signal.
Glavne vrste konstrukcija DC generatora
Po vrsti napajanja uzbudnog namota razlikuju se uređaji:
1.sa samouzbudom;
2. rad na bazi nezavisne inkluzije.
Prvi proizvodi mogu:
koristite trajne magnete;
ili rad iz vanjskih izvora, na primjer, baterija, vjetroturbina...
Generatori sa nezavisnim prebacivanjem rade iz vlastitog namotaja, koji se može spojiti:
dosljedno;
šantovi ili paralelna pobuda.
Jedna od opcija za takvu vezu prikazana je na dijagramu.
Primjer DC generatora je dizajn koji se u prošlosti često koristio u automobilskom inženjerstvu. Njegova struktura je ista kao kod indukcionog motora.
Takve kolektorske strukture mogu istovremeno raditi u režimu motora ili generatora. Zbog toga su postali široko rasprostranjeni u postojećim hibridnim vozilima.
Proces formiranja reakcije sidra
Javlja se u režimu mirovanja kada je sila pritiskanja četke pogrešno podešena, što stvara suboptimalan režim trenja. To može dovesti do smanjenja magnetnih polja ili požara zbog povećanog stvaranja iskri.
Načini da se to smanji su:
kompenzacija magnetnih polja povezivanjem dodatnih polova;
podešavanje pomeranja položaja kolektorskih četkica.
Prednosti DC generatora
To uključuje:
nema gubitaka zbog histereze i stvaranja vrtložnih struja;
rad u ekstremnim uslovima;
smanjena težina i male dimenzije.
Princip rada najjednostavnijeg alternatora
Unutar ovog dizajna koriste se svi isti detalji kao u prethodnom analogu:
magnetno polje;
rotirajući okvir;
kolektor sa četkama za odvod struje.
Osnovna razlika leži u rasporedu kolektorskog sklopa, koji je kreiran na način da se pri rotaciji okvira kroz četke stalno stvara kontakt sa njegovom polovinom okvira bez ciklične promjene njihovog položaja.
Zbog toga se struja, koja se mijenja prema zakonima harmonika u svakoj polovini, potpuno nepromijenjena prenosi na četke, a zatim preko njih u kolo potrošača.
Naravno, okvir se stvara namotavanjem ne jednog okreta, već izračunatog broja njih kako bi se postigao optimalni napon.
Dakle, princip rada DC i AC generatora je opći, a dizajnerske razlike su u proizvodnji:
kolektorski sklop rotacionog rotora;
konfiguracije namotaja na rotoru.
Karakteristike dizajna industrijskih alternatora
Razmotrite glavne dijelove industrijskog indukcionog generatora, u kojem rotor prima rotaciono kretanje od obližnje turbine. U dizajn statora uključen je elektromagnet (iako se magnetsko polje može stvoriti skupom trajnih magneta) i namotaj rotora s određenim brojem zavoja.
Unutar svake petlje indukuje se elektromotorna sila, koja se uzastopno dodaje u svaku od njih i formira na izlaznim stezaljkama ukupnu vrijednost napona koji se dovodi u strujni krug priključenih potrošača.
Za povećanje amplitude EMF-a na izlazu generatora koristi se poseban dizajn magnetnog sistema, napravljen od dva magnetna kruga zbog upotrebe posebnih vrsta elektro čelika u obliku lameliranih ploča sa žljebovima. Unutar njih se montiraju namotaji.
U kućištu generatora nalazi se jezgro statora sa žljebovima za smještaj namotaja koji stvara magnetsko polje.
Rotor koji se okreće na ležajevima također ima magnetni krug sa žljebovima, unutar kojih je montiran namotaj koji prima inducirani EMF. Obično se za os rotacije bira horizontalni smjer, iako postoje generatori s vertikalnim rasporedom i odgovarajućim dizajnom ležajeva.
Između statora i rotora uvijek se stvara razmak koji je neophodan kako bi se osigurala rotacija i spriječilo zaglavljivanje. Ali, u isto vrijeme dolazi do gubitka energije magnetske indukcije u njemu. Stoga se trude da ga učine što manjim, uzimajući u obzir oba ova zahtjeva na najbolji mogući način.
Smješten na istoj osovini kao i rotor, uzbuđivač je generator jednosmjerne struje relativno male snage. Njegova svrha: opskrba električnom energijom namotaja generatora energije u stanju neovisne pobude.
Takvi se patogeni najčešće koriste kod dizajna turbinskih ili hidrauličnih generatora pri stvaranju glavne ili rezervne metode pobude.
Na slici industrijskog generatora prikazan je raspored kolektorskih prstenova i četkica za prikupljanje struje iz rotirajuće strukture rotora. Tokom rada, ova jedinica je izložena konstantnom mehaničkom i električnom naprezanju. Za njihovo prevazilaženje stvara se složena struktura koja u toku rada zahtijeva periodične preglede i provođenje preventivnih mjera.
Za smanjenje generiranih operativnih troškova koristi se drugačija, alternativna tehnologija, koja također koristi interakciju između rotirajućih elektromagnetnih polja. Na rotor se postavljaju samo trajni ili električni magneti, a napon se uklanja sa stacionarnog namotaja.
Prilikom stvaranja takvog kola, takva struktura se može nazvati izrazom "alternator". Koristi se u sinhronim generatorima: visokofrekventnim, automobilskim, dizel lokomotivama i brodovima, instalacijama elektrana za proizvodnju električne energije.
Karakteristike sinhronih generatora
Princip rada
Naziv i posebnost djelovanja leži u stvaranju krute veze između frekvencije promjenjive elektromotorne sile inducirane u namotu statora "f" i rotacije rotora.
U stator je montiran trofazni namotaj, a na rotor je montiran elektromagnet sa jezgrom i pobudnim namotom, koji se napaja iz jednosmjernih strujnih kola preko sklopa kolektora četkica.
Rotor se pokreće u rotaciju iz izvora mehaničke energije - pogonskog motora istom brzinom. Njegovo magnetsko polje čini isto kretanje.
U namotajima statora indukuju se elektromotorne sile iste veličine, ali pomaknute za 120 stepeni u pravcu, stvarajući trofazni simetrični sistem.
Kada se spoje na krajeve namotaja potrošačkih krugova, u krugu počinju djelovati fazne struje koje formiraju magnetsko polje koje se rotira na isti način: sinhrono.
Oblik izlaznog signala induciranog EMF-a ovisi samo o zakonu raspodjele vektora magnetske indukcije unutar razmaka između polova rotora i ploča statora. Stoga nastoje stvoriti takav dizajn kada se veličina indukcije mijenja prema sinusoidnom zakonu.
Kada je jaz konstantan, vektor fluksa unutar jaza je trapezoidan kao što je prikazano na grafikonu linija 1.
Ako se oblik ivica na polovima koriguje na kosi sa promjenom zazora na maksimalnu vrijednost, tada se može postići sinusoidalni oblik raspodjele, kao što je prikazano linijom 2. Ova tehnika se koristi u praksi.
Pobudna kola za sinhrone generatore
Magnetomotorna sila koja nastaje na pobudnom namotu "OB" rotora stvara njegovo magnetsko polje. Za to postoje različiti dizajni DC uzbuđivača zasnovani na:
1. način kontakta;
2. beskontaktna metoda.
U prvom slučaju koristi se poseban generator, koji se zove uzbuđivač "B". Njegov pobudni namotaj napaja se dodatnim generatorom po principu paralelne pobude, nazvanom "PV" pobuđivač.
Svi rotori se nalaze na zajedničkom vratilu. Zbog toga se rotiraju na potpuno isti način. Reostati r1 i r2 se koriste za regulaciju struja u krugovima uzbuđivača i pojačivača.
Beskontaktnom metodom nema kliznih prstenova rotora. Trofazni namotaj uzbuđivača montiran je direktno na njega. On rotira sinhrono sa rotorom i prenosi električnu jednosmernu struju kroz zajednički rotirajući ispravljač direktno na namotaj uzbuđivača "B".
Vrste beskontaktnih kola su:
1. samouzbudni sistem iz sopstvenog namotaja statora;
2. automatska šema.
U prvoj metodi napon iz namotaja statora dovodi se do transformatora za smanjenje, a zatim do poluvodičkog ispravljača "PP", koji stvara jednosmjernu struju.
Ovom metodom stvara se početno uzbuđenje zbog fenomena rezidualnog magnetizma.
Automatska shema za stvaranje samouzbude uključuje korištenje:
transformator napona VT;
automatizovani regulator pobude ATS;
strujni transformator TT;
ispravljački transformator VT;
tiristorski pretvarač TP;
zaštitna jedinica BZ.
Karakteristike asinhronih generatora
Osnovna razlika između ovih dizajna je odsustvo krute veze između brzine rotora (nr) i EMF inducirane u namotu (n). Uvek postoji razlika između njih, koja se zove "slip". Označava se latiničnim slovom "S" i izražava se formulom S = (n-nr) / n.
Kada je opterećenje spojeno na generator, stvara se kočni moment za rotaciju rotora. Utječe na frekvenciju generiranog EMF-a, stvara negativno klizanje.
Dizajn rotora za asinhrone generatore je napravljen:
kratko spojen;
faza;
šuplje.
Asinhroni generatori mogu imati:
1. samostalno uzbuđenje;
2. samouzbuđenje.
U prvom slučaju koristi se vanjski izvor naizmjeničnog napona, a u drugom se koriste poluvodički pretvarači ili kondenzatori u primarnom, sekundarnom ili oba tipa kola.
Dakle, alternatori i generatori jednosmjerne struje imaju mnogo zajedničkih karakteristika u principima konstrukcije, ali se razlikuju u dizajnu pojedinih elemenata.
Ako se trajni magnet rotira iznad jezgre sa zavojnicom na nju, tada će se magnetsko polje oko zavojnice kontinuirano mijenjati i, kao rezultat fenomena elektromagnetne indukcije, u njemu će nastati naizmjenična indukcijska struja. Na ovom principu radi indukcijski alternator, u kojem se mehanička energija pretvara u električnu.
|
Šema indukcionog alternatora koji se koristi na biciklima prikazana je na slici 24.5. Kada se osmopolni permanentni magnet rotira - rotor 1, EMF nastaje u namotu statora 2. Priključena na krajeve 3 i 4 namotaja, sijalica 5 je pod naponom. Slika 24.6 prikazuje poprečni presjek industrijskog generatora. Stacionarni dio generatora, odnosno stator 1, je okvir od limova mekog magnetskog elektro čelika. Stator ima namotaj od debele bakarne žice. Rotirajući dio generatora - rotor 2 je elektromagnet, čiji se namotaj 3 napaja posebnim DC generatorom - uzbudnikom. Kada se rotor rotira, magnetsko polje koje prodire u namotaj statora povremeno se mijenja, zbog čega se u njemu inducira promjenjivi indukcijski EMF. U termoelektranama se za rotaciju rotora koriste parne turbine. |
Naizmjenična struja ima niz svojstava sličnih onima jednosmjerne struje, ali neka od njenih svojstava se razlikuju od onih kod jednosmjerne struje.
Dakle, prolazeći kroz vodiče, naizmjenična struja ih zagrijava (kao i jednosmjerna struja). Ovo svojstvo se koristi u električnim grijačima i električnim žaruljama sa žarnom niti.
Oko vodiča kroz koje teče naizmjenična struja nužno postoji magnetsko polje, ali ono je, kao i struja, naizmjenično. U elektromagnetu koji se napaja izmjeničnom strujom iz mreže, polaritet krajeva magnetskog kola (jezgra) mijenja se 50 puta u sekundi.
Nije teško provjeriti da li serijski pobuđeni brušeni motor može raditi kada se napaja naizmjeničnom strujom. Takvi motori se koriste u mnogim kućanskim aparatima (usisivač, sokovnik, ventilator itd.). Zaista, kada se promijeni polaritet polova induktora, istovremeno se mijenja i smjer struje u armaturi, tako da će armatura nastaviti da se okreće u istom smjeru.
KONTROLNA PITANJA
1. Koji je princip rada indukcionog generatora?
2. Koja svojstva naizmjenične struje poznajete?
3. Koji su uređaji indukcionog turbo i hidrogeneratora? Objasnite sa slika.
4. Zašto rotor turbogeneratora ima jedan par polova, a hidrogenerator mnogo?
Vježbe
1. Dokazati da hidrogenerator HE Bratsk proizvodi naizmjeničnu struju frekvencije 50 Hz. Njegov rotor, koji se okreće frekvencijom od 125 o/min, ima 24 para polova.
2. Koliko parova polova treba da ima hidrogenerator ako mu se rotor rotira frekvencijom od 5 o/s? Frekvencija indukovane struje je 50 Hz.
3. Dokazati da magnetoelektrični uređaji nisu prikladni za mjerenja u krugovima naizmjenične struje, dok su elektromagnetski i elektrodinamički uređaji prikladni.
4. Slika prikazuje grafikon preuzet sa ekrana osciloskopa. Svaka ćelija odgovara horizontalno 0,01 s, a vertikalno 20 V. Odredite napon i frekvenciju električne struje. 
Trenutno se sinhroni generatori uglavnom koriste za proizvodnju električne energije. Asinhrone mašine se najčešće koriste kao motori.
Generatori naizmjenične struje uglavnom se sastoje od fiksnog namotaja - statora i pokretnog - rotora.
Razlika između sinhrone mašine i asinhrone mašine je u tome što se kod prvih magnetno polje statora rotira istovremeno sa kretanjem rotora, a kod asinhronih mašina ono napreduje ili zaostaje za poljem u rotoru.
Široka upotreba sinhronih mašina je zbog njihovih parametara kvaliteta. Sinhroni generatori proizvode visoko stabilan napon pogodan za povezivanje širokog spektra električnih uređaja.
Kod kratkog spoja u opterećenju ili velike potrošnje energije, kroz namote statora teče značajna struja, što može dovesti do kvara generatora. Za takve strojeve potrebno je hlađenje - turbina se postavlja na osovinu rotora, koja hladi cijelu strukturu.
S obzirom na to, sinhroni generatori su osjetljivi na uvjete okoline.
Asinhroni generatori u većini slučajeva imaju zatvoreno kućište i neosjetljivi su na veliku startnu struju potrošača električne energije.
Međutim, za njihov rad potrebna je eksterna snažna struja prednapona. Općenito, indukcijski generatori proizvode nestabilne napone. Takvi generatori se široko koriste kao izvori energije za aparate za zavarivanje.
Sinhroni generatori su rasprostranjeni kao pretvarači mehaničke energije u električnu energiju u hidroelektranama, termoelektranama, kao benzinski i dizel generatori za domaćinstvo, kao izvori energije na brodu u transportu.
Statori sinkronog i asinhronog generatora ne razlikuju se jedan od drugog u dizajnu.
Jezgro statora sastoji se od nekoliko ploča od električnog čelika, izolovanih jedna od druge i sastavljenih u jednu strukturu (slika 1). Namotaji su postavljeni na žljebove na unutrašnjoj strani statora.
Za svaku fazu, namotaj uključuje dva namotaja postavljena jedan naspram drugog i povezana u seriju. Takva shema namotaja naziva se dvopolna.
Ukupno su na stator postavljene tri grupe zavojnica (slika 2), sa pomakom od 120 stepeni. Fazne grupe su međusobno povezane u "zvijezdu" ili "trokut". Postoje grupe zavojnica sa velikim brojem polova. Injekcija 
pomak zavojnice jedan u odnosu na drugi općenito se izračunava po formuli (2π / 3) / n, gdje je n broj polova namotaja.
Rotor generatora je elektromagnet koji pobuđuje naizmjenično magnetsko polje u statoru. Za male generatore male snage, obični magneti se često nalaze na rotoru.
.
Rotoru sinhronog generatora potreban je vanjski uzbudnik - generator jednosmjerne struje, u najjednostavnijem slučaju, montiran na istoj osovini kao i rotor.
Pobuđivač mora osigurati promjenu struje u rotoru za regulaciju načina rada i mogućnost brzog gašenja magnetnog polja u slučaju isključivanja u nuždi.
Rotori se dijele na istaknute i neupadljive. Konstrukcija rotora sa istaknutim polovima (slika 3) sastoji se od polova elektromagneta 1 formiranih od polnih namotaja 2 povezanih sa jezgrom 3. Pobuda se dovodi do namotaja preko prstenastih kontakata 4.
Takvi se rotori koriste pri malim brzinama rotacije, na primjer, u hidrauličnim turbinama. Bržom rotacijom osovine nastaju značajne centrifugalne sile koje mogu uništiti rotor.
U ovom slučaju se koriste rotori ne-izrazitih polova (slika 4). Neizraženi rotor sadrži žljebove 1 formirane u jezgru 2. Namotaji rotora su fiksirani u žljebovima (nije prikazano na slici 4). Eksterna pobuda se prenosi i preko kontakata 3. Dakle, rotor sa implicitnim polovima je stator "iznutra prema van". 
Magnetno bipolarno polje rotirajućeg rotora može se zamijeniti sličnim poljem stalnog magneta koji rotira ugaonom brzinom rotora. Smjer struje u svakom namotu je određen pravilom kardana.
Ako je struja, na primjer, usmjerena od početka namotaja A do točke X, tada će se takva struja konvencionalno uzeti kao pozitivna (slika 5). Kada se rotor rotira, u namotaju statora dolazi do naizmjenične struje, s faznim pomakom od 2 π / 3. 
Da biste povezali promjenu struje faze A sa grafikonom, razmotrite rotaciju u smjeru kazaljke na satu. U početnom trenutku vremena magnetno polje rotora ne stvara struju u grupi zavojnica faze A, (slika 6, pozicija a).
U namotu faze B djeluju negativne struje (od kraja namotaja do početka), a u namotu faze C pozitivne struje. Daljnjom rotacijom rotor se pomera za 90 stepeni udesno (slika 6, b). Struja u namotu A ima maksimalnu pozitivnu vrijednost, au faznim namotajima B i C - srednju negativnu.
Magnetno polje rotora je pomereno za još jednu četvrtinu perioda, rotor je pomeren za 180 stepeni (slika 6, c). Struja u namotu A ponovo dostiže nulu, u namotu B je pozitivna, u namotu faze C negativna.
Daljnjom rotacijom rotora u tački, fazna struja u namotu A dostiže maksimalnu negativnu vrijednost, struja u namotajima B i C je pozitivna (slika 6, d). Daljnja rotacija rotora ponavlja sve prethodne faze.
Sinhroni generatori su dizajnirani za povezivanje opterećenja sa visokim faktorom snage (cosϕ> 0,8). S povećanjem induktivne komponente opterećenja dolazi do efekta demagnetizacije rotora, što dovodi do smanjenja napona na stezaljkama.
Da bi se to nadoknadilo, potrebno je povećati struju pobude, što dovodi do povećanja temperature namotaja. Kapacitivno opterećenje, s druge strane, povećava magnetizaciju rotora i povećava napon.
Monofazni generatori se ne koriste široko u industriji. Da bi se dobila jednofazna struja, trofazni fazni namotaji su povezani u zajednički krug. U ovom slučaju postoje mali gubici snage u poređenju sa trofaznim prebacivanjem.
Pišite komentare, dopune članka, možda sam nešto propustio. Pogledajte, bit će mi drago ako nađete još nešto korisno kod mene.
