ژنراتور سه فاز DC. اصل ژنراتور

علاوه بر این، ژنراتورهایی وجود دارند که کار می کنند. از نظر ساختاری تفاوتی با بنزین ندارندبه جز سیستم برق: به جای کاربراتور مجهز به یک کاهنده برای تنظیم فشار گاز و یک نازل مدرج است که گاز را به منیفولد ورودی می رساند. در عین حال، چنین ژنراتورهایی به عنوان منبع سوخت می توانند نه تنها از یک بطری با گاز مایع، بلکه از یک شبکه گاز نیز استفاده کنند - در این مورد، هزینه سوخت حداقل می شود. عیب چنین ژنراتورهایی تحرک کم است (سیلندر گاز بزرگتر و سنگین تر از مخزن گاز است که علاوه بر این، می تواند دقیقاً در محل سوخت گیری شود) و همچنین افزایش خطر آتش سوزی به خصوص در صورت کارکرد بی سواد. با این حال، به عنوان یک منبع در یک خانه متصل به گاز اصلی، این گزینه خوبی است: نیازی به نگرانی در مورد حفظ سطح و کیفیت سوخت در مخزن گاز نیست و منبع موتور هنگام کار با گاز بالاتر از هنگام کار با بنزین

جریان الکتریکی اصلی ترین نوع انرژی است که در تمام زمینه های زندگی انسان کار مفیدی انجام می دهد. مکانیسم‌های مختلفی را به حرکت در می‌آورد، نور می‌دهد، خانه‌ها را گرم می‌کند و دستگاه‌های مختلفی را احیا می‌کند که وجود راحت ما را در این سیاره تضمین می‌کند. در واقع، این نوع انرژی جهانی است. هر چیزی را می توان از آن به دست آورد، و حتی با استفاده نادرست، تخریب بزرگ.

اما زمانی بود که اثرات الکتریکی هنوز در طبیعت وجود داشت، اما به هیچ وجه به انسان کمک نکرد. از آن زمان چه چیزهایی تغییر کرده است؟ مردم شروع به مطالعه پدیده های فیزیکی کردند و به ماشین های جالبی رسیدند - مبدل هایی که به طور کلی جهشی انقلابی در تمدن ما ایجاد کردند و به شخص اجازه می دادند یک انرژی را از دیگری دریافت کنند.

بنابراین مردم یاد گرفتند که الکتریسیته را از فلز معمولی، آهن ربا و حرکت مکانیکی تولید کنند - همین. ژنراتورهایی ساخته شدند که قادر به ارائه جریان های انرژی عظیمی هستند که بر حسب مگاوات محاسبه می شود. اما جالب است که اصل کارکرد این ماشین ها چندان پیچیده نیست و ممکن است حتی برای یک نوجوان نیز قابل درک باشد. چیست بیایید سعی کنیم این موضوع را درک کنیم.

اثر القای الکترومغناطیسی

اساس ظهور جریان الکتریکی در یک هادی نیروی الکتروموتور - EMF است. قادر است ذرات باردار را که در هر فلزی زیاد هستند به حرکت درآورد. این نیرو تنها در صورتی ظاهر می شود که هادی تغییری در شدت میدان مغناطیسی داشته باشد. خود این اثر القای الکترومغناطیسی نامیده می شود. EMF بزرگتر است، نرخ تغییر شار امواج مغناطیسی بیشتر است. یعنی می توانید یک رسانا را نزدیک یک آهنربای دائمی حرکت دهید یا روی یک سیم ثابت با میدان آهنربای الکتریکی تأثیر بگذارید و قدرت آن را تغییر دهید ، تأثیر یکسان خواهد بود - یک جریان الکتریکی در هادی ظاهر می شود.

دانشمندان ارستد و فارادی در نیمه اول قرن نوزدهم روی این موضوع کار کردند. آنها همچنین این پدیده فیزیکی را کشف کردند. متعاقباً ژنراتورهای جریان و موتورهای الکتریکی بر اساس القای الکترومغناطیسی ساخته شدند. جالب اینجاست که این ماشین ها به راحتی به یکدیگر تبدیل می شوند.

نحوه کار ژنراتورهای DC و AC

واضح است که مولد جریان الکتریکی یک ماشین الکترومکانیکی است که جریان تولید می کند. اما در واقع یک مبدل انرژی است: باد، آب، گرما، هر چیزی که در EMF وجود دارد، که قبلاً باعث ایجاد جریان در هادی می شود. دستگاه هر ژنراتوری اساساً با مدار رسانای بسته ای که بین قطب های آهنربا می چرخد ​​، مانند اولین آزمایش های دانشمندان تفاوتی ندارد. فقط بزرگی شار مغناطیسی ایجاد شده توسط آهنرباهای قوی دائمی یا اغلب الکتریکی بسیار بیشتر است. حلقه بسته به شکل یک سیم پیچ چند چرخشی است که در یک ژنراتور مدرن نه یک، بلکه حداقل سه مورد از آن وجود دارد. همه اینها به منظور به دست آوردن بزرگترین EMF ممکن انجام می شود.

یک دینام برق استاندارد (یا جریان مستقیم) شامل موارد زیر است:

• مسکن ها... این عملکرد یک قاب را انجام می دهد که داخل آن یک استاتور با قطب های آهنربای الکترومغناطیسی متصل است. این شامل بلبرینگ های غلتشی شفت روتور است. از فلز ساخته شده و از کل فضای داخلی دستگاه محافظت می کند.
• استاتور با قطب های مغناطیسی.یک سیم پیچ تحریک شار مغناطیسی روی آن ثابت شده است. از فولاد فرومغناطیسی ساخته شده است.
• روتور یا آرمیچر.این قسمت متحرک ژنراتور است که شفت آن توسط یک نیروی خارجی در حرکت چرخشی به حرکت در می آید. یک سیم پیچ خود تحریکی روی هسته آرمیچر قرار دارد که در آن جریان الکتریکی تولید می شود.
• گره سوئیچینگ.این عنصر ساختاری برای منحرف کردن الکتریسیته از محور متحرک روتور کار می کند. این شامل حلقه های رسانایی است که به صورت متحرک به کنتاکت های کلکتور گرافیت متصل می شوند.

نسل دی سی

در ژنراتوری که جریان مستقیم تولید می کند، حلقه رسانا در فضای اشباع مغناطیسی می چرخد. علاوه بر این، برای یک لحظه خاص از چرخش، هر نیمه از مدار به یک یا قطب دیگر نزدیک است. در طول این نیم چرخش، بار در هادی در یک جهت حرکت می کند.

برای به دست آوردن حذف ذرات، مکانیسم حذف انرژی ساخته شده است. ویژگی آن این است که هر نیمه سیم پیچ (قاب) به یک نیمه حلقه رسانا متصل است. حلقه های نیمه به یکدیگر بسته نیستند، بلکه بر روی یک ماده دی الکتریک ثابت می شوند. در طول دوره ای که یک قسمت از سیم پیچ شروع به عبور از یک قطب خاص می کند، نیم حلقه در مدار الکتریکی توسط گروه های تماس برس بسته می شود. معلوم می شود که تنها یک نوع پتانسیل به هر ترمینال می رسد.

صحیح تر است که انرژی را نه ثابت، بلکه ضربان دار، با قطبیت ثابت بنامیم. ریپل ناشی از این واقعیت است که شار مغناطیسی روی هادی در طول چرخش دارای حداکثر و حداقل اثر است. برای یکنواخت کردن این موج، از سیم پیچ های متعددی روی روتور و خازن های قدرتمند در ورودی مدار استفاده می شود. برای کاهش تلفات شار مغناطیسی، شکاف بین آرمیچر و استاتور به حداقل می رسد.

مدار دینام

هنگامی که قسمت متحرک دستگاه مولد جریان می چرخد، EMF نیز مانند ژنراتور DC در هادی های قاب القا می شود. اما یک ویژگی کوچک - دستگاه دینام واحد جمع کننده یک ویژگی متفاوت دارد. در آن، هر ترمینال به حلقه رسانای خود متصل است.

اصل کار دینام به شرح زیر است: هنگامی که نیمی از سیم پیچ از نزدیک یک قطب (دیگر به ترتیب نزدیک قطب مخالف) عبور می کند، جریان در مدار در یک جهت از حداقل خود به بالاترین مقدار خود و دوباره حرکت می کند. به صفر به محض اینکه سیم پیچ ها موقعیت خود را نسبت به قطب ها تغییر دهند، جریان در جهت مخالف با همان الگو شروع به حرکت می کند.

در این حالت، در ورودی مدار، یک شکل سیگنال به شکل یک سینوسی با فرکانس نیمه موج مربوط به دوره چرخش شفت روتور به دست می آید. برای به دست آوردن یک سیگنال پایدار در خروجی، جایی که فرکانس دینام ثابت است، دوره چرخش قطعه مکانیکی باید ثابت باشد.

نوع گاز

به طرح های ژنراتورهای جریان که به جای اسکلت فلزی از پلاسمای رسانا، مایع یا گاز به عنوان حامل بار استفاده می شود، ژنراتور MHD می گویند. مواد تحت فشار به یک میدان مغناطیسی هدایت می شوند. تحت تأثیر همان EMF القایی، ذرات باردار حرکت جهت دار پیدا می کنند و جریان الکتریکی ایجاد می کنند. مقدار جریان با سرعت عبور از شار مغناطیسی و همچنین قدرت آن نسبت مستقیم دارد.

ژنراتورهای MHD راه حل طراحی ساده تری دارند - آنها مکانیزم چرخش روتور ندارند. چنین منابع تغذیه ای قادر به ارائه مقادیر زیادی برق در مدت زمان کوتاه هستند. آنها به عنوان دستگاه های پشتیبان و در شرایط اضطراری استفاده می شوند. ضریب تعیین کننده بازده (بازده) این ماشین ها از دینام برق بیشتر است.

دینام سنکرون

این نوع دینام وجود دارد:

• ماشین های سنکرون
• ماشین های ناهمزمان

دینام سنکرون یک رابطه فیزیکی دقیق بین حرکت چرخشی روتور و الکتریسیته دارد. در چنین سیستم هایی، روتور یک آهنربای الکتریکی است که از هسته ها، قطب ها و سیم پیچ های میدانی تشکیل شده است. دومی از منبع جریان مستقیم با استفاده از برس ها و کنتاکت های حلقه تغذیه می شود. از طرف دیگر، استاتور یک سیم پیچ است که طبق اصل یک ستاره با یک نقطه مشترک - صفر به هم متصل شده است. یک EMF در حال حاضر در آنها القا شده و یک جریان تولید می شود.

شفت روتور توسط یک نیروی خارجی، معمولاً توربین، هدایت می شود که فرکانس آن هماهنگ و ثابت است. مدار الکتریکی متصل به چنین ژنراتوری یک مدار سه فاز است که فرکانس جریان در یک خط جداگانه از یک فاز 120 درجه نسبت به خطوط دیگر جابجا می شود. برای به دست آوردن یک سینوسی صحیح، جهت شار مغناطیسی در شکاف بین قطعات استاتور و روتور با طراحی دومی کنترل می شود.

دینام با دو روش تحریک می شود:

1. مخاطب.
2. بدون تماس

در مدار تحریک تماسی، الکتریسیته از یک ژنراتور دیگر از طریق یک جفت برس به سیم‌پیچ‌های مغناطیس الکتریکی می‌رسد. این ژنراتور را می توان با شفت اصلی ترکیب کرد. معمولاً قدرت کمتری دارد، اما برای ایجاد میدان مغناطیسی قوی کافی است.

اصل بدون تماس این امکان را فراهم می کند که یک دینام سنکرون روی شفت دارای سیم پیچ های سه فاز اضافی است که در آن EMF در طول چرخش القا می شود و الکتریسیته تولید می شود. از طریق یک مدار یکسو کننده به سیم پیچ های تحریک روتور تغذیه می شود. از نظر ساختاری، چنین سیستمی هیچ تماس متحرکی ندارد، که سیستم را ساده می کند و آن را قابل اعتمادتر می کند.

ژنراتور ناهمزمان

یک دینام ناهمزمان وجود دارد. دستگاه آن با دستگاه همزمان متفاوت است. هیچ وابستگی دقیق EMF به فرکانس چرخش شفت روتور وجود ندارد. چیزی به نام "لغزش S" وجود دارد که این تفاوت در نفوذ را مشخص می کند. مقدار لغزش با محاسبه تعیین می شود، بنابراین این تصور که در یک موتور القایی هیچ نظمی در فرآیند الکترومکانیکی وجود ندارد اشتباه است.

اگر ژنراتور که در حالت بیکار است بارگذاری شود، جریانی که در سیم پیچ ها جریان دارد، شار مغناطیسی ایجاد می کند که از چرخش روتور در فرکانس معین جلوگیری می کند. به این ترتیب لغزش شکل می گیرد که به طور طبیعی بر تولید EMF تأثیر می گذارد.

دینام ناهمزمان مدرن قسمت متحرک دارای سه طرح مختلف است:

1. روتور توخالی
2. روتور قفس سنجاب.
3. روتور فاز.

چنین ماشین هایی می توانند برانگیختگی خود و مستقل داشته باشند. طرح اول با گنجاندن خازن ها و مبدل های نیمه هادی در سیم پیچ اجرا می شود. یک نوع تحریک مستقل توسط یک منبع AC اضافی ایجاد می شود.

نمودارهای سیم کشی ژنراتور

تمام منابع تغذیه خطوط انتقال توان بالا جریان الکتریکی سه فاز تولید می کنند. آنها شامل سه سیم پیچ هستند که در آنها جریان های متناوب با تغییر فاز از یکدیگر به اندازه 1/3 دوره تشکیل می شوند. اگر هر سیم پیچ جداگانه چنین منبع انرژی را در نظر بگیریم، جریان متناوب تک فازی را دریافت می کنیم که وارد خط می شود. یک ژنراتور می تواند ده ها هزار ولت تولید کند. مصرف کننده از ترانسفورماتور توزیع دریافت می کند.

هر دینام دارای یک دستگاه سیم پیچ استاندارد است، اما دو نوع اتصال به بار وجود دارد:

• ستاره؛
• مثلث.

اصل عملکرد یک دینام متصل به ستاره شامل ترکیب تمام سیم ها (خنثی) در یک سیم است که از بار به ژنراتور باز می گردد. این به دلیل این واقعیت است که سیگنال (جریان الکتریکی) عمدتاً از طریق سیم سیم پیچ خروجی (خطی) منتقل می شود که فاز نامیده می شود. در عمل، این بسیار راحت است، زیرا برای اتصال مصرف کننده نیازی به کشیدن سه سیم اضافی ندارید. ولتاژ بین سیم های خط و سیم های خط و نول متفاوت است.

سیم پیچ های ژنراتور را با یک مثلث به هم وصل می کنیم، آنها به صورت سری در یک مدار با یکدیگر بسته می شوند. از نقاط اتصال آنها خطوطی به سمت مصرف کننده کشیده می شود. سپس به سیم خنثی اصلاً نیازی نیست و ولتاژ هر خط بدون توجه به بار یکسان خواهد بود.

مزیت جریان سه فاز نسبت به تک فاز، ریپل کمتر آن در هنگام اصلاح است. این تأثیر مثبتی بر دستگاه های برق دار، به ویژه موتورهای DC دارد. همچنین، یک جریان سه فاز یک شار میدان مغناطیسی دوار ایجاد می کند که قادر است موتورهای القایی قدرتمند را به حرکت درآورد.

جایی که ژنراتورهای DC و AC قابل استفاده هستند

ژنراتورهای DC به طور قابل توجهی کوچکتر و سبکتر از دستگاههای AC هستند. با داشتن طراحی پیچیده تر از دومی، با این وجود در بسیاری از صنایع کاربرد پیدا کرده اند.

آنها عمدتاً به عنوان درایوهای پرسرعت در ماشین هایی که کنترل سرعت مورد نیاز است، به عنوان مثال، در مکانیزم های فلزکاری، بالابرهای معدن و کارخانه های نورد استفاده می شوند. در حمل و نقل، چنین ژنراتورهایی بر روی لوکوموتیوهای دیزلی و کشتی های مختلف نصب می شوند. بسیاری از مدل های ژنراتور بادی بر اساس منابع ولتاژ ثابت مونتاژ می شوند.

ژنراتورهای DC ویژه در جوشکاری، برای تحریک سیم پیچ ژنراتورهای سنکرون، به عنوان تقویت کننده های DC، برای تامین انرژی تاسیسات گالوانیکی و الکترولیز استفاده می شوند.

هدف دینام تولید برق در مقیاس صنعتی است. این نوع انرژی توسط نیکولا تسلا به بشریت ارائه شد. چرا یک جریان معکوس قطبی است و نه یک جریان ثابت که کاربرد گسترده ای پیدا کرده است؟ این به این دلیل است که هنگام انتقال ولتاژ ثابت، تلفات زیادی در سیم ها وجود دارد. و هر چه سیم بلندتر باشد، تلفات بیشتر می شود. ولتاژ AC را می توان با هزینه بسیار کمتر در فواصل دور منتقل کرد. علاوه بر این، می توانید به راحتی یک ولتاژ متناوب (کاهش و افزایش آن) را که توسط یک ژنراتور 220 ولت تولید شده است، تبدیل کنید.

نتیجه

انسان به طور کامل درک نکرده است که چه چیزی همه چیز را در اطراف فرا گرفته است. و انرژی الکتریکی تنها بخش کوچکی از اسرار آشکار جهان است. ماشین هایی که ما آنها را ژنراتور برق می نامیم ذاتاً بسیار ساده هستند، اما آنچه که آنها می توانند به ما بدهند به سادگی شگفت انگیز است. معجزه واقعی در اینجا در فناوری نیست، بلکه در اندیشه بشری است که توانسته به مخزن پایان ناپذیر ایده های ریخته شده در فضا نفوذ کند!

دینام القاییدر دینام های القایی، انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. یک ژنراتور القایی از دو قسمت تشکیل شده است: یکی متحرک که به آن روتور و دیگری ثابت که به آن استاتور می گویند. عمل ژنراتور بر اساس پدیده القای الکترومغناطیسی است. ژنراتورهای القایی دستگاه نسبتاً ساده ای دارند و اجازه می دهند جریان های بالا در ولتاژ به اندازه کافی بالا به دست آید. امروزه انواع مختلفی از ژنراتورهای القایی وجود دارد، اما همه آنها از قطعات اصلی یکسانی تشکیل شده اند. این اولاً یک آهنربای الکترومغناطیسی یا آهنربای دائمی است که میدان مغناطیسی ایجاد می کند و ثانیاً سیم پیچی متشکل از پیچ های متصل به سری است که در آن یک نیروی الکتروموتور متناوب القا می شود. از آنجایی که نیروهای الکتروموتور القا شده در پیچ های سری به هم متصل می شوند، دامنه نیروی الکتروموتور القایی در سیم پیچ متناسب با تعداد دورهای آن است.

برنج. 6.9

تعداد خطوط نیرویی که در هر حلقه نفوذ می کند به طور مداوم از حداکثر مقدار زمانی که در سراسر میدان قرار دارد به صفر تغییر می کند وقتی خطوط نیرو در طول حلقه می لغزند. در نتیجه هنگامی که سیم پیچ بین قطب های آهنربا می چرخد، در هر نیم چرخش جهت جریان به سمت مخالف تغییر می کند و یک جریان متناوب در سیم پیچ ظاهر می شود. جریان با استفاده از کنتاکت های کشویی به مدار خارجی منحرف می شود. برای این، حلقه های لغزشی به محور سیم پیچ وصل شده و به انتهای سیم پیچ متصل می شوند. صفحات ثابت - برس ها - در برابر حلقه ها فشرده می شوند و سیم پیچ را با مدار خارجی وصل می کنند (شکل 6.9).

اجازه دهید یک سیم پیچ در یک میدان مغناطیسی یکنواخت با سرعت زاویه ای ثابت بچرخد. شار مغناطیسی عبوری از سیم پیچ طبق قانون در اینجا تغییر می کند اسمساحت حلقه است. بر اساس قانون فارادی نیروی الکتروموتور القایی در سیم پیچ القا می شود که به صورت زیر تعیین می شود:

جایی که ن- تعداد چرخش در سیم پیچ. بنابراین، نیروی الکتروموتور القایی در سیم پیچ طبق قانون سینوسی تغییر می کند و متناسب با تعداد دور سیم پیچ و فرکانس چرخش است.

در آزمایش با سیم پیچ دوار، استاتور یک آهنربا و کنتاکت هایی است که سیم پیچ بین آنها قرار می گیرد. در ژنراتورهای صنعتی بزرگ، یک آهنربای الکتریکی می چرخد ​​که یک روتور است، در حالی که سیم پیچ ها که در آن نیروی الکتروموتور القا می شود، در شکاف های استاتور قرار می گیرند و ثابت می مانند. در نیروگاه های حرارتی از توربین های بخار برای چرخش روتور استفاده می شود. توربین ها به نوبه خود توسط جت های بخار آب تولید شده در دیگ های بخار بزرگ با سوزاندن زغال سنگ یا گاز (نیروگاه های حرارتی) یا مواد پوسیده (نیروگاه های هسته ای) به حرکت در می آیند. نیروگاه های برق آبی برای چرخاندن روتور از توربین های آبی استفاده می کنند که با سقوط آب از ارتفاع زیاد می چرخند.

ژنراتورهای الکتریکی نقش مهمی در توسعه تمدن تکنولوژیکی ما ایفا می کنند، زیرا به شما امکان می دهند انرژی را در یک مکان دریافت کنید و از آن در مکان دیگر استفاده کنید. به عنوان مثال یک موتور بخار می تواند انرژی حاصل از احتراق زغال سنگ را به کار مفید تبدیل کند، اما این انرژی تنها در جایی قابل استفاده است که یک کوره زغال سنگ و یک دیگ بخار نصب شده باشد. یک نیروگاه را می توان بسیار دور از مصرف کنندگان برق قرار داد - و با این وجود، آن را به کارخانه ها، خانه ها و غیره عرضه کرد.

آنها می گویند (به احتمال زیاد، این فقط یک افسانه زیبا است) که فارادی نمونه اولیه یک ژنراتور الکتریکی را به جان پیل، صدراعظم خزانه داری بریتانیا نشان داد و او از دانشمند پرسید: "خوب، آقای فارادی، همه اینها خیلی جالب است، اما فایده همه اینها چیست؟"

"چه فایده ای داره؟ - فارادی ظاهراً غافلگیر شده بود. -آره میدونی آقا بالاخره این کار چند تا مالیات به بیت المال میاره؟!

تبدیل کننده.

تبدیل کننده.نیروی الکتروموتور ژنراتورهای قدرتمند نیروگاه ها بسیار زیاد است، در این میان، استفاده عملی از برق معمولاً به ولتاژهای نه چندان بالا نیاز دارد و برعکس، انتقال انرژی بسیار زیاد است.

برای کاهش تلفات برای گرم کردن سیم ها، لازم است جریان در خط انتقال کاهش یابد و در نتیجه، ولتاژ افزایش یابد تا در مصرف برق صرفه جویی شود. ولتاژ تولید شده توسط ژنراتورها (معمولاً حدود 20 کیلو ولت) بسته به طول خط انتقال به 75 کیلو ولت، 500 کیلو ولت و حتی 1.15 مگا ولت افزایش می یابد. با افزایش ولتاژ از 20 به 500 کیلو ولت یعنی 25 برابر، تلفات در خط 625 برابر کاهش می یابد.

تبدیل جریان متناوب با فرکانس معین، که در آن ولتاژ چندین بار افزایش یا کاهش می یابد، عملاً بدون از دست دادن قدرت، توسط یک دستگاه الکترومغناطیسی که هیچ قسمت متحرکی ندارد - یک ترانسفورماتور الکتریکی انجام می شود. ترانسفورماتور عنصر مهم بسیاری از دستگاه ها و مکانیسم های الکتریکی است. شارژرها و راه‌آهن‌های اسباب‌بازی، رادیو و تلویزیون - ترانسفورماتورها همه جا برای افزایش یا افزایش ولتاژ هستند. در میان آنها هر دو بسیار ریز، نه بیشتر از یک نخود، و هم غول پیکر واقعی با وزن صدها تن یا بیشتر وجود دارد.

برنج. 6.10

ترانسفورماتور از یک مدار مغناطیسی تشکیل شده است که مجموعه ای از صفحات است که معمولاً از مواد فرومغناطیسی ساخته شده اند (شکل 6.10). دو سیم پیچ در مدار مغناطیسی وجود دارد - اولیه و ثانویه. سیم پیچی که به منبع ولتاژ متناوب وصل می شود اولیه و سیم پیچی که «بار» به آن متصل است، یعنی دستگاه هایی که برق مصرف می کنند، ثانویه می گویند. فرومغناطیس تعداد خطوط نیروی میدان مغناطیسی را تقریباً 10000 بار افزایش می دهد و شار القای مغناطیسی را در خود محلی می کند، به همین دلیل سیم پیچ های ترانسفورماتور می توانند از نظر فضایی جدا شوند و همچنان به صورت القایی جفت شوند.

عمل ترانسفورماتور بر اساس پدیده های القای متقابل و خود القایی است. القاء بین سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه متقابل است، یعنی جریانی که در سیم‌پیچ ثانویه می‌گذرد، نیروی محرکه الکتریکی را در سیم‌پیچ اولیه ایجاد می‌کند، همانطور که سیم‌پیچ اولیه نیروی حرکتی الکتریکی را در سیم‌پیچ ثانویه القا می‌کند. علاوه بر این، از آنجایی که پیچ های سیم پیچ اولیه خطوط نیرو خود را می پوشانند، نیروی الکتروموتور خود القایی در آنها ایجاد می شود. نیروی الکتروموتور خود القایی نیز در سیم پیچ ثانویه مشاهده می شود.

اجازه دهید سیم پیچ اولیه با نیروی محرکه الکتریکی به منبع جریان متناوب متصل شود، بنابراین یک جریان متناوب در آن ایجاد می شود و یک شار مغناطیسی متناوب در مدار مغناطیسی ترانسفورماتور ایجاد می کند. ? ، که در داخل هسته مغناطیسی متمرکز شده و در تمام پیچ های سیم پیچ اولیه و ثانویه نفوذ می کند.

در صورت عدم وجود بار خارجی، توان آزاد شده در ترانسفورماتور نزدیک به صفر است، یعنی قدرت جریان نزدیک به صفر است. ما قانون اهم را برای مدار اولیه اعمال می کنیم: مجموع نیروی محرکه القایی و ولتاژ در مدار برابر است با حاصلضرب قدرت جریان و مقاومت. با فرض، می توانیم بنویسیم: بنابراین، ، جایی که اف- جریان نفوذ در هر دور سیم پیچ اولیه. در یک ترانسفورماتور ایده‌آل، تمام خطوط نیرو از تمام پیچ‌های هر دو سیم‌پیچ عبور می‌کنند و از آنجایی که میدان مغناطیسی متغیر در هر پیچ نیروی محرکه الکتریکی یکسانی ایجاد می‌کند، کل نیروی الکتروموتور القا شده در سیم‌پیچ با تعداد کل پیچ‌های آن متناسب است. از این رو، .

نسبت تبدیل ولتاژ برابر است با نسبت ولتاژ در مدار ثانویه به ولتاژ در مدار اولیه. برای مقادیر دامنه ولتاژ روی سیم پیچ ها می توانید بنویسید:

بنابراین، نسبت تبدیل به عنوان نسبت تعداد دور سیم پیچ ثانویه به تعداد دور سیم پیچ اولیه تعریف می شود. اگر ضریب، ترانسفورماتور خواهد بود یک گام به بالا، و اگر - یک گام به پایین.

روابط فوق، به طور دقیق، فقط برای یک ترانسفورماتور ایده آل قابل استفاده است، که در آن نشتی شار مغناطیسی وجود ندارد و هیچ تلفات انرژی برای گرمای ژول وجود ندارد. این تلفات را می توان با وجود مقاومت فعال خود سیم پیچ ها و وقوع جریان های القایی (جریان های فوکو) در هسته مرتبط دانست.

توکی فوکو

توکی فوکوجریان القایی می تواند در هادی های جامد جامد نیز رخ دهد. در این حالت، یک مدار جریان القایی بسته در ضخامت خود هادی هنگامی که در یک میدان مغناطیسی یا تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی متناوب حرکت می کند، تشکیل می شود. این جریان ها به نام فیزیکدان فرانسوی J.B.L. فوکو که در سال 1855 گرمایش هسته های فرومغناطیسی ماشین های الکتریکی و سایر اجسام فلزی را در یک میدان مغناطیسی متناوب کشف کرد و این اثر را با تحریک جریان های القایی توضیح داد. این جریان ها در حال حاضر جریان گردابی یا جریان فوکو نامیده می شوند.

اگر هسته آهن در یک میدان مغناطیسی متناوب قرار داشته باشد، پس تحت عمل یک میدان الکتریکی القایی، جریان های گردابی داخلی در آن القا می شود - جریان های فوکو که منجر به گرم شدن آن می شود. از آنجایی که نیروی الکتروموتور القایی همیشه متناسب با فرکانس نوسانات میدان مغناطیسی است و مقاومت رساناهای عظیم کم است، در فرکانس بالا مقدار زیادی گرما در هادی ها آزاد می شود. قانون لنز

در بسیاری از موارد، جریان های فوکو نامطلوب هستند، بنابراین باید اقدامات ویژه ای برای کاهش آنها انجام دهید. به ویژه این جریان ها باعث گرم شدن هسته های فرومغناطیسی ترانسفورماتورها و قطعات فلزی ماشین های الکتریکی می شوند. برای کاهش اتلاف انرژی الکتریکی به دلیل وقوع جریان‌های گردابی، هسته‌های ترانسفورماتورها نه از یک قطعه جامد فرومغناطیس، بلکه از صفحات فلزی جداگانه ساخته شده‌اند که توسط یک لایه دی الکتریک از یکدیگر جدا شده‌اند.

برنج. 6.11

جریان گردابی به طور گسترده ای برای ذوب فلزات در کوره های به اصطلاح القایی (شکل 6.11)، برای گرم کردن و ذوب قطعات فلزی، برای به دست آوردن آلیاژهای بسیار خالص و ترکیبات فلزی استفاده می شود. برای این، قطعه کار فلزی در یک کوره القایی (شیر برقی که جریان متناوب از آن عبور می کند) قرار می گیرد. سپس طبق قانون القای الکترومغناطیسی، جریان های القایی در داخل فلز ایجاد می شود که فلز را گرم کرده و می تواند آن را ذوب کند. با ایجاد خلاء در کوره و اعمال گرمایش شناور (در این حالت، نیروهای میدان الکترومغناطیسی نه تنها فلز را گرم می کنند، بلکه آن را خارج از تماس با سطح محفظه نیز معلق نگه می دارند)، فلزات و آلیاژهای بسیار خالص به دست می آیند.

دینام یا ژنراتور DC وسیله ای برای تولید برق از طریق تبدیل انرژی مکانیکی است.

دینام چه شکلی است

دینام چگونه کار می کند؟ جریان در یک هادی توسط میدان مغناطیسی ایجاد می شود. تولید جریان با چرخاندن یک قاب رسانای الکتریکی مستطیلی در یک میدان ثابت یا یک آهنربای دائمی در داخل آن راحت است.

هنگامی که حول محور میدان مغناطیسی ایجاد می کند در داخل قاب با سرعت زاویه ای ω می چرخد، اضلاع عمودی کانتور فعال خواهند بود، زیرا با خطوط مغناطیسی قطع می شوند. هیچ عملی در اضلاع افقی منطبق در جهت با میدان مغناطیسی وجود ندارد. بنابراین جریانی به آنها القا نمی شود.

یک ژنراتور با روتور مغناطیسی چگونه است؟

EMF در قاب خواهد بود:

ه = 2 حداکثر B lv گناه ωt,

حداکثر B- حداکثر القاء، T;

ل- ارتفاع قاب، متر؛

v- سرعت فریم، متر بر ثانیه؛

t - زمان، s.

بنابراین، از عمل تغییر میدان مغناطیسی در هادی، یک EMF متناوب القا می شود.

برای تعداد زیادی نوبت wبا بیان فرمول بر حسب حداکثر جریان F m، عبارت زیر را دریافت می کنیم:

ه = wF m گناه ω تی.

اصل عملکرد نوع دیگری از دینام بر اساس چرخش یک قاب رسانا بین دو آهنربای دائمی با قطب های مخالف است. ساده ترین مثال در شکل زیر نشان داده شده است. ولتاژ ظاهر شده در آن توسط حلقه های لغزنده حذف می شود.

مولد جریان آهنربای دائمی

استفاده از دستگاه به دلیل بارگذاری کنتاکت های متحرک با عبور جریان زیاد از روتور چندان رایج نیست. طراحی اولین نسخه ارائه شده نیز شامل آنها است، اما جریان مستقیم بسیار کمتری از طریق چرخش آهنربای الکتریکی در حال چرخش از طریق آنها تامین می شود و نیروی اصلی از سیم پیچ ثابت استاتور حذف می شود.

ژنراتور سنکرون

یکی از ویژگی های دستگاه برابری بین فرکانس است fالقا شده در EMF استاتور و سرعت روتور ω :

ω = 60 ∙f/ پدور در دقیقه،

جایی که پ- تعداد جفت قطب ها در سیم پیچ استاتور.

ژنراتور سنکرون یک EMF در سیم پیچ استاتور ایجاد می کند که مقدار لحظه ای آن از عبارت:

e = 2π B max lwDn sinω تی،

جایی که لو دی- طول و قطر داخلی هسته استاتور.

ژنراتور سنکرون ولتاژی با مشخصه سینوسی تولید می کند. هنگامی که به پایانه های آن C 1، C 2، C 3 مصرف کننده متصل می شود، یک جریان تک فاز یا سه فاز از مدار عبور می کند، نمودار زیر است.

مدار ژنراتور سنکرون سه فاز

اعمال بار الکتریکی متغیر، بار مکانیکی را نیز تغییر می دهد. این باعث افزایش یا کاهش سرعت چرخش و در نتیجه تغییر در ولتاژ و فرکانس می شود. برای جلوگیری از وقوع چنین تغییری، ویژگی های الکتریکی به طور خودکار در یک سطح از پیش تعیین شده از طریق بازخوردهای ولتاژ و جریان روی سیم پیچ روتور حفظ می شوند. اگر روتور ژنراتور از آهنربای دائمی ساخته شده باشد، توانایی محدودی در تثبیت پارامترهای الکتریکی دارد.

روتور مجبور به چرخش است. یک جریان القایی به سیم پیچ آن وارد می شود. در استاتور، میدان مغناطیسی روتور که با همان سرعت می چرخد، 3 EMF متناوب را با تغییر فاز القا می کند.

شار مغناطیسی اصلی ژنراتور در اثر عبور جریان مستقیم از سیم پیچ روتور ایجاد می شود. قدرت ممکن است از منبع دیگری تامین شود. روش خود تحریکی نیز رایج است، زمانی که قسمت کوچکی از جریان متناوب از سیم‌پیچ استاتور گرفته می‌شود و پس از صاف کردن از پیش از سیم‌پیچ روتور عبور می‌کند. این فرآیند بر اساس مغناطیس باقی مانده است که برای راه اندازی ژنراتور کافی است.

دستگاه های اصلی که تقریباً تمام برق جهان را تولید می کنند، ژنراتورهای هیدروژنی یا توربین سنکرون هستند.

ژنراتور ناهمزمان

دستگاه یک ژنراتور جریان متناوب از نوع ناهمزمان در تفاوت فرکانس چرخش EMF متفاوت است. ω و روتور ω r از طریق ضریبی به نام لغزش بیان می شود:

s = (ω - ω r) / ω.

در حالت کار، میدان مغناطیسی چرخش آرمیچر را کند می کند و فرکانس آن کمتر است.

یک موتور ناهمزمان می تواند در حالت ژنراتور کار کند اگر ω r> ω، زمانی که جریان تغییر جهت می دهد و انرژی به شبکه باز می گردد. در اینجا گشتاور الکترومغناطیسی کاهش می یابد. استفاده از این ویژگی هنگام کاهش بار یا در خودروهای الکتریکی رایج است.

یک ژنراتور ناهمزمان زمانی انتخاب می شود که نیازهای الکتریکی خیلی زیاد نباشد. در صورت وجود اضافه بارهای هجومی، یک ژنراتور سنکرون ترجیح داده می شود.

دستگاه ژنراتور خودرو با ژنراتور معمولی که جریان الکتریکی تولید می کند تفاوتی ندارد. جریان متناوب تولید می کند که سپس اصلاح می شود.

ژنراتور خودرو چگونه به نظر می رسد؟

این طرح شامل یک روتور الکترومغناطیسی است که در دو یاتاقان می چرخد ​​که توسط یک قرقره هدایت می شود. او فقط یک سیم پیچ دارد، با جریان مستقیم از طریق 2 حلقه مسی و برس های گرافیتی.

رله رگولاتور الکترونیکی، مستقل از سرعت چرخش، ولتاژ پایدار 12 ولت را حفظ می کند.

مدار ژنراتور خودرو

جریان از باتری به سیم پیچ روتور از طریق تنظیم کننده ولتاژ می رود. لحظه چرخش از طریق قرقره به آن منتقل می شود و EMF در پیچ های سیم پیچ استاتور القا می شود. جریان سه فاز تولید شده توسط دیودها یکسو می شود. ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی توسط یک تنظیم کننده انجام می شود که جریان تحریک را کنترل می کند.

با بالا آمدن موتور، جریان تحریک کاهش می یابد که به حفظ ولتاژ خروجی ثابت کمک می کند.

ژنراتور کلاسیک

این ساختار شامل یک موتور سوخت مایع است که ژنراتور را می‌چرخاند. سرعت روتور باید ثابت باشد، در غیر این صورت کیفیت تولید برق کاهش می یابد. هنگامی که ژنراتور فرسوده می شود، سرعت چرخش کمتر می شود که یک نقطه ضعف قابل توجه دستگاه است.

اگر بار ژنراتور کمتر از بار نامی باشد، تا حدی در حالت بیکار قرار می گیرد و سوخت اضافی مصرف می کند.

بنابراین، هنگام خرید آن، محاسبه دقیق توان مورد نیاز برای بارگیری صحیح بسیار مهم است. بارگذاری زیر 25 درصد ممنوع است، زیرا این امر بر دوام آن تأثیر می گذارد. تمام حالت های ممکن عملیاتی که باید رعایت شود در گذرنامه ها نشان داده شده است.

بسیاری از انواع مدل‌های کلاسیک دارای قیمت‌های مناسب، قابلیت اطمینان بالا و محدوده قدرت زیاد هستند. مهم است که آن را به درستی بارگیری کنید و به موقع آن را بررسی کنید. شکل زیر مدل های ژنراتور بنزینی و دیزلی را نشان می دهد.

ژنراتور کلاسیک: الف) - ژنراتور بنزینی، ب) - دیزل ژنراتور

ژنراتور دیزلی

ژنراتور یک موتور دیزل را به حرکت در می آورد. موتور احتراق داخلی از یک بخش مکانیکی، یک صفحه کنترل، یک سیستم تامین سوخت، خنک کننده و روانکاری تشکیل شده است. قدرت ژنراتور به قدرت موتور احتراق داخلی بستگی دارد. اگر کوچک مورد نیاز است، به عنوان مثال، برای لوازم خانگی، توصیه می شود از یک ژنراتور بنزینی استفاده کنید. از دیزل ژنراتورها در هر جایی که نیاز به نیروی بیشتر باشد استفاده می شود.

ICE ها در بیشتر موارد با شیرهای سقفی استفاده می شوند. آنها جمع و جورتر، قابل اطمینان تر، تعمیر آسان تر هستند و زباله های سمی کمتری منتشر می کنند.

آنها ترجیح می دهند یک ژنراتور با یک مورد فلزی انتخاب کنند، زیرا پلاستیک دوام کمتری دارد. دستگاه های بدون برس دوام بیشتری دارند و ولتاژ تولید شده پایدارتر است.

ظرفیت مخزن سوخت با یک بار سوخت گیری حداکثر 7 ساعت کار می کند. در تاسیسات ثابت از مخزن خارجی با حجم زیاد استفاده می شود.

ژنراتور گاز

به عنوان منبع انرژی مکانیکی، رایج ترین موتور کاربراتوری چهار زمانه است. در بیشتر موارد از مدل های 1 تا 6 کیلو وات استفاده می شود. دستگاه هایی تا 10 کیلو وات وجود دارد که قادر به ارائه یک خانه کشور در سطح مشخصی هستند. قیمت ژنراتورهای بنزینی قابل قبول است و منبع آن کاملاً کافی است، اگرچه کمتر از ژنراتورهای دیزلی.

ژنراتور بسته به بار انتخاب می شود.

برای جریان های راه اندازی بالا و استفاده مکرر از جوش برقی، بهتر است از ژنراتور سنکرون استفاده شود. اگر یک ژنراتور ناهمزمان را قوی تر بگیرید، با جریان های هجومی مقابله می کند. اما در اینجا مهم است که بارگیری شود وگرنه بنزین غیرمنطقی مصرف می شود.

ژنراتور اینورتر

ماشین آلات هر جا که نیاز به برق با کیفیت بالا باشد استفاده می شود. آنها می توانند به طور مداوم یا در فواصل زمانی کار کنند. اشیاء مصرف انرژی در اینجا مؤسساتی هستند که در آنها نوسانات برق مجاز نیست.

اساس یک ژنراتور اینورتر یک واحد الکترونیکی است که از یکسو کننده، یک ریزپردازنده و یک مبدل تشکیل شده است.

بلوک دیاگرام ژنراتور اینورتر

تولید برق مانند مدل کلاسیک شروع می شود. ابتدا یک جریان متناوب تولید می شود که سپس یکسو می شود و به اینورتر می رسد و در آنجا دوباره با پارامترهای مورد نظر به جریان متناوب تبدیل می شود.

انواع ژنراتورهای اینورتر در ماهیت ولتاژ خروجی متفاوت است:

• مستطیل - ارزان ترین است که فقط می تواند ابزارهای برقی را تامین کند.
• ضربه ذوزنقه ای - مناسب برای بسیاری از دستگاه ها، به استثنای تجهیزات حساس (رده قیمت متوسط).
• ولتاژ سینوسی - ویژگی های پایدار، مناسب برای تمام لوازم الکتریکی (بالاترین قیمت).

مزایای ژنراتورهای اینورتر:

• ابعاد و وزن کوچک؛
• مصرف سوخت کم به دلیل تنظیم تولید مقدار برق مورد نیاز مصرف کنندگان در حال حاضر.
• امکان کار کوتاه مدت با اضافه بار.

معایب آن قیمت بالا، حساسیت به تغییرات دمای قطعه الکترونیکی، قدرت کم است. علاوه بر این، تعمیر واحد الکترونیکی هزینه بر است.

مدل اینورتر در موارد زیر انتخاب می شود:

• این دستگاه فقط در مواردی خریداری می شود که یک ژنراتور معمولی مناسب نباشد، زیرا قیمت آن بالا است.
به مقاله امتیاز دهید: