Električna energija nije primarna energija koja je slobodno prisutna u prirodi u značajnim količinama i mora se proizvoditi za korištenje 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 izgaranjem, pa čak i snaga ljudskih mišića.
Povijest i evolucija
Otkriće zakona elektromagnetske indukcije Michaela Faradaya 1831. postalo je temelj za konstrukciju električnih strojeva. No prije pojave električne rasvjete nije bilo potrebe komercijalizirati tehnologiju. U ranim potrošačima električne energije, na primjer, u telegrafu, kao izvor energije korištene su galvanske baterije. Ovo je bio vrlo skup način proizvodnje električne energije.
Krajem 19. stoljeća mnogi su izumitelji tražili primjenu Faradayevog principa indukcije za mehaničko stvaranje električne energije. Neka od važnih postignuća bili su razvoj dinama Wernera von Siemensa i proizvodnja radnih modela generatora Theophilus Gramm od strane Hippolytea Fontainea. Prvi uređaji korišteni su u kombinaciji s vanjskim lučnim rasvjetnim uređajima poznatim kao Yablochkov svijeće.
Zamijenio ih je vrlo uspješan sustav žarulja sa žarnom niti Thomasa Edisona. Njegove komercijalne elektrane temeljile su se na snažnim generatorima, ali krug s istosmjernim napajanjem nije bio prikladan za distribuciju energije na velike udaljenosti zbog velikog gubitka topline.
Nikola Tesla razvio je poboljšani alternator kao i praktični asinkroni motor. Ovi električni strojevi, zajedno s pojačanim i opadajućim transformatorima, dali su osnovu za veće distribucijske mreže energetskih tvrtki koje koriste velike elektrane. U velikim sustavima izmjenične struje, troškovi proizvodnje i transporta bili su nekoliko puta niži nego u Edisonovoj shemi, što je potaknulo potražnju za električnom energijom i, kao rezultat, daljnji razvoj električnih strojeva. ... Glavni datumi u povijesti generatora mogu se smatrati:
Princip rada
Generatori elektromagnetske indukcije ne proizvode električnu energiju. Uz pomoć mehaničke energije pokreću samo električne naboje koji su uvijek prisutni u vodičima. Princip rada električnog generatora može se usporediti s vodenom pumpom koja uzrokuje protok vode, ali ne stvara vodu u cijevima. Nadmoćno većina indukcijskih generatora su rotacijski električni strojevi koji se sastoji od dvije glavne komponente:
- stator (stacionarni dio);
- rotor (rotirajući dio).
Za ilustraciju rada električnog generatora može poslužiti jednostavan električni stroj, koji se sastoji od svitka žice i magneta u obliku slova U. Glavni osnovni elementi ovog modela:
- magnetsko polje;
- kretanje vodiča u magnetskom polju.
Magnetno polje je područje oko magneta gdje se osjeća njegova snaga. Da biste bolje razumjeli kako model radi, 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 se zavojnica počne okretati između polova, tada će obje strane početi presijecati zamišljene magnetske linije. To uzrokuje kretanje elektrona u vodiču (generiranje električne energije).
U skladu s pravilom desne ruke, kada se zavojnica okreće, u njoj će se inducirati struja koja mijenja svoj smjer svakih pola okreta, budući da će se linije sile strana zavojnice sijeći u jednom ili drugom smjeru . Dvaput u svakom okretaju zavojnica prolazi kroz položaje (paralelno s polovima) na kojima ne dolazi do elektromagnetske indukcije. Dakle, najjednostavniji generator radi poput električnog stroja koji stvara izmjeničnu struju. Stres koji stvara može se promijeniti:
- jačina magnetskog polja;
- brzina vrtnje svitka;
- broj zavoja žice koja prelazi linije sile magnetskog polja.
Petlja vodiča koja se okreće između polova magneta ima još jedan važan učinak. Kada struja teče u petlji, ona stvara elektromagnetno polje suprotno polju stalnog magneta. I što se više električne energije inducira u zavojnici, to je jači magnetsko polje i otpor zakretanju vodiča. Ista magnetska sila u zavojima uzrokuje rotaciju rotora elektromotora, odnosno pod određenim uvjetima generatori mogu raditi kao motori i obrnuto.
Značajke AC generatora
Izmjeničnu struju (AC) proizvodi najjednostavniji opisani generator. Da bi proizvedena električna energija bila iskoristiva, ona se mora nekako predati u teret. To 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 vodiča spojen je na odgovarajući prsten, a tako stvorena struja u zavojnici prolazi kroz prstenove i četke do opterećenja.
Konstrukcija industrijskih strojeva
Praktični generatori se razlikuju od najjednostavnijih. Obično su opremljeni uzbudnikom - pomoćnim generatorom koji opskrbljuje istosmjernu struju elektromagnetima koji se koriste za stvaranje magnetskog polja u generatoru.
Umjesto zavojnice u najjednostavnijem modelu, praktični uređaji opremljeni su namotima od bakrene žice, a zavojnice na željeznim jezgrama igraju ulogu magneta. U većini alternatora, elektromagneti koji stvaraju izmjenično polje postavljeni su na rotor, a električna energija se inducira u zavojnicama statora.
U takvim uređajima kolektor se koristi za prijenos istosmjerne struje od uzbudnika do magneta. To uvelike pojednostavljuje dizajn, jer je prikladnije prenositi slabe struje kroz četke i primati visoki napon iz stacionarnih namota statora.
Primjena u mrežama
U nekim strojevima, broj sekcija namota je isti kao i broj elektromagneta. Ali većina AC generatora opremljena je s tri seta zavojnica za svaki pol. Takvi strojevi proizvode tri struje električne energije i zovu se trofazni. Njihova gustoća snage znatno je veća od one jednofaznih.
U elektranama se izmjenični generatori koriste kao pretvarači mehaničke energije u električnu. To je zato što se izmjenični napon može lako povećati ili smanjiti pomoću transformatora. Veliki generatori proizvode napon od oko 20 000 volti. Zatim raste za više od reda veličine za mogućnost prijenosa električne energije na velike udaljenosti. Serija opadajućih transformatora stvara napon prikladan za korištenje na mjestu gdje se koristi električna energija.
Dinamo uređaj
Svitak žice koji se okreće između polova magneta mijenja polove na krajevima vodiča dvaput za svaki okret. Da biste najjednostavniji model pretvorili u DC generator, trebate učiniti dvije stvari:
- uzeti struju od petlje do opterećenja;
- organizirati tok preusmjerene struje samo u jednom smjeru.
Uloga kolekcionara
Uređaj koji se zove razdjelnik može učiniti oboje. Njegova razlika od sklopa kontaktne četke je u tome što njegova baza nije prsten vodiča, već skup segmenata izoliranih jedan od drugog. Svaki kraj rotacijskog kruga spojen je na odgovarajući sektor kolektora, a dvije stacionarne ugljene četke uklanjaju električnu struju iz komutatora.
Kolektor je konstruiran na način da, bez obzira na polaritet na krajevima petlje i fazu rotacije rotora, kontaktna skupina osigurava struju željenog smjera prilikom prijenosa na opterećenje. Namoti u praktičnim dinamima sastoje se od mnogo segmenata, stoga se za generatore istosmjerne struje, zbog potrebe njihove komutacije, pokazao poželjnijim krug u kojem se armatura s induktivnim zavojnicama rotira u magnetskom polju.
Napajanje elektromagneta
Klasični dinamo koriste trajni magnet za induciranje polja. Ostatak istosmjernih generatora treba struju za elektromagnete. U takozvanim odvojeno pobuđenim generatorima za to se koriste vanjski izvori istosmjerne struje. Samopobuđeni uređaji koriste dio vlastite električne energije za pogon elektromagneta. Pokretanje takvih generatora nakon zaustavljanja ovisi o njihovoj sposobnosti akumuliranja zaostalog magnetizma. Ovisno o načinu spajanja uzbudnih svitaka s namotima armature, dijele se:
- šant (s paralelnom pobudom);
- Serijski (sa sekvencijalnom pobudom);
- mješovita pobuda (s kombinacijom šanta i serijske).
Vrste uzbude primjenjuju se ovisno o potrebnoj kontroli napona. Na primjer, generatori koji se koriste za punjenje baterija trebaju jednostavnu kontrolu napona. U ovom slučaju, tip šanta bi bio prikladan tip. Zasebno uzbuđeni generator koristi se kao stroj koji proizvodi energiju za putnički lift, budući da takvi sustavi zahtijevaju složenu kontrolu.
Primjena generatora kolektora
Mnoge istosmjerne generatore napajaju izmjenični motori u kombinacijama koje se nazivaju motor generatorski setovi. Ovo je jedan od načina za promjenu AC u DC. Postrojenja za galvanizaciju koja elektrokemijski proizvode aluminij, klor i neke druge materijale zahtijevaju puno istosmjerne struje.
Dizel generatori također opskrbljuju istosmjernom strujom lokomotive i brodove. Budući da su kolektori složeni i nepouzdani uređaji, DC generatori se često zamjenjuju strojevima koji proizvode izmjeničnu struju u kombinaciji s elektroničkim. Preklopni generatori našli su primjenu u mrežama male snage, omogućujući korištenje dinamo s permanentnim magnetom bez uzbudnih krugova.
Postoje i druge vrste uređaja koji su sposobni proizvoditi električnu energiju. To uključuje elektrokemijske baterije, termoelektrične i fotonaponske ćelije, pretvarače goriva. No, u usporedbi s AC/DC indukcijskim generatorima, njihov je udio u globalnoj proizvodnji energije zanemariv.
Izmjeničnu struju industrijske frekvencije u elektranama stvaraju sinkroni generatori električnih strojeva posebno dizajnirani za tu namjenu. Princip rada ovih jedinica temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije. Mehanička energija koju proizvodi parna ili hidraulična turbina pretvara se u električnu energiju izmjenične struje.
Rotirajući dio pogona ili rotora je električni magnet, koji generirano magnetsko polje prenosi na stator. Ovo je vanjski dio uređaja koji se sastoji od tri zavojnice žica.
Napon se prenosi preko kolektorskih četkica i prstenova. Bakreni rotorski prstenovi okreću se istovremeno s radilicom i rotorom, zbog čega su četke pritisnute na njih. Oni zauzvrat ostaju na mjestu, omogućujući 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 zbraja EMF inducirana u serijski spojenim zavojima, amplituda indukcijske EMF u okviru je proporcionalna broju zavoja u njemu. Također je proporcionalan amplitudi izmjeničnog magnetskog toka (Fm = BS) kroz svaki zavoj.
Princip rada generatora naizmjenična struja Sljedeći. Za dobivanje velikog magnetskog toka u generatorima se koristi poseban magnetski sustav koji se sastoji od dvije jezgre izrađene od električnog čelika. Namoti koji stvaraju magnetsko polje smješteni su u utorima jedne jezgre, a namoti u kojima se inducira EMF nalaze se u utorima druge. Jedna od jezgri (obično unutarnja), zajedno sa svojim namotom, rotira se oko vodoravne ili okomite osi. Stoga se naziva rotor. Fiksna jezgra sa svojim namotom naziva se stator. Razmak između jezgri statora i rotora čini se što manjim kako bi se povećao tok magnetske indukcije.
U modelu generatora prikazanom na slici rotira se žičani okvir, koji je rotor (iako bez željezne jezgre). Magnetno polje stvara stacionarni trajni magnet. Naravno, moglo se učiniti i obrnuto: zarotirati magnet i ostaviti okvir nepomičan.
U velikim industrijskim generatorima rotira se elektromagnet, koji je rotor, dok su namoti u kojima se inducira EMF položen u utore 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 namota.
Sl. 1. Strukturna shema alternator Trenutno.
Fiksne ploče - četke - su pritisnute na prstenove i povezuju namot rotora s vanjskim krugom. Jačina struje u namotima elektromagneta, koja stvara magnetsko polje, mnogo je manja od jakosti struje koju generator daje vanjskom krugu. Stoga je prikladnije ukloniti generiranu struju iz stacionarnih namota, a rotirajući elektromagnet opskrbiti relativno slabom strujom kroz klizne kontakte. Ovu struju stvara zasebni generator istosmjerne struje (uzbudnik) koji se nalazi na lijevoj osovini (Trenutno se istosmjerna struja u namot rotora najčešće dovodi iz namota 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 namotima statora objašnjava se pojavom vrtložnog električnog polja u njima, nastalog promjenom magnetskog toka tijekom rotacije rotora.
Suvremeni električni generator impozantna je konstrukcija od bakrenih žica, izolacijskih materijala i čeličnih konstrukcija. S dimenzijama od nekoliko metara, najvažniji dijelovi generatora izrađuju se s milimetarskom preciznošću. Nigdje u prirodi ne postoji takva kombinacija pokretnih dijelova koja bi mogla generirati električnu energiju jednako kontinuirano i ekonomično.
NAIZMJENIČNA 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, višestrukost promjena brzine motora, a time 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 svjetiljke i instrumenti
uređaji su predviđeni za napajanje iz konstantnog napona od 12 ili 24 V. Održavanje konstantnog napona generatora bez obzira na promjenu 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 prema generatoru, što može dovesti do pregrijavanja izolacije namota generatora i pražnjenja baterije. Kada se broj okretaja motora poveća, generator se mora ponovno spojiti na električni sustav. Uključivanje generatora u električni sustav 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 obrnute struje.
Generator je dizajniran da isporuči određenu maksimalnu vrijednost struje za dati generator, međutim, u slučaju kvara u električnom sustavu (ispražnjena baterija, kratki spoj, itd.), generator može isporučiti struju veću od one za koju dizajniran je. Dugotrajni rad generatora u ovom načinu rada dovest će do njegovog pregrijavanja i izgaranja izolacije namota. Za zaštitu generatora od preopterećenja koristi se poseban uređaj koji se naziva ograničavač struje.
Sva tri uređaja - regulator napona, relej obrnute struje i ograničavač struje - kombinirani su u jednom uređaju koji se naziva relej-regulator.
U nekim generatorima, na primjer, G-250, izmjenična struja, relej obrnute struje i ograničavač struje mogu biti odsutni, ali dizajn generatora sadrži uređaje koji obavljaju funkcije tih uređaja.
Na sl. 1 prikazuje uređaj alternatora G-250. Generator ima stator 6 s trofaznim namotom izrađenim u obliku zasebnih zavojnica postavljenih na zupce statora. Svaka faza ima šest zavojnica povezanih u seriju. Namoti faznog statora spojeni su zvijezdom, a njihovi su izlazni terminali spojeni na ispravljačku jedinicu 10.
Uređaj alternator struja G-250
Kućište statora sastoji se od pojedinačnih električnih čeličnih ploča. Uzbudni namot 4 generatora izrađen je u obliku zavojnice i postavljen je na čeličnu čahuru kljunastih polova rotora 13. Čahura, kljunasti rotorski stupovi i klizni prstenovi 5 su čvrsto pričvršćeni na osovina rotora 3 (pritiskom na narezivanje). Magnetno polje stvoreno uzbudnim namotom, prolazeći kroz krajeve polova u obliku kljuna, formira sjeverni i južni pol na rotoru (slika 2) (EV Mikhailovsky, "Uređaj automobila", str. 163) .
Kada se rotor rotira, magnetsko polje polova rotora prelazi zavoje zavojnica namota statora, inducirajući promjenjivu emf u svakoj fazi.
Ispravljački krug naizmjenična struja
Struja u namotu polja dovodi se preko četkica 8 (slika 1) i kliznih prstenova 5, na koje su zalemljeni krajevi namota polja. Četke su učvršćene u držač četkica 9.
Stator generatora je pričvršćen između poklopaca 1 i 7 pomoću veznih vijaka, koji imaju nosače za pričvršćivanje generatora na motor. U poklopcu 1 na strani pogona, na vrhu, nalazi se navojna rupa za pričvršćivanje zatezne šipke, kojom se podešava napetost pogonskog remena alternatora. Poklopci su lijevani od aluminijske legure.
Kako bi se smanjilo trošenje, sjedište kugličnog ležaja u stražnjem poklopcu 7 i rupe u nosačima poklopca su ojačane čeličnim čahurama.
Poklopci sadrže kuglične ležajeve 2 i 12 s obostranim brtvama i mašću za cijeli vijek trajanja ležaja.
Na izbočeni kraj osovine rotora 3 pričvršćeni su vanjski ventilator 14 (slika 1) i remenica 15. Poklopci imaju ventilacijske prozore kroz koje prolazi rashladni zrak. Smjer kretanja rashladnog zraka je od poklopca sa strane kliznih prstenova prema ventilatoru.
U poklopcu sa strane kliznih prstenova ugrađena je ispravljačka jedinica 10, sastavljena od silikonskih ventila (dioda), koja omogućuje radnu temperaturu kućišta plus 150 °C.
Tipovi ispravljačkih jedinica
Blok ispravljača VBG-1. (slika 4) sastoji se od tri monobloka spojena na punovalni trofazni ispravljački krug
Svaka dva ispravljačka ventila smještena su u monoblok, koji istovremeno djeluje kao radijator i provodnik zaliječen srednje točke kruga 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 prijelazne zone imaju fleksibilne vodove 9 koji povezuju monoblok sa spojnim sabirnicama 2. Negativna sabirnica ispravljačke jedinice spojena je na tijelo 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 izolirani jedan od drugog plastičnim čahurama-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 ventili VA-20, 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.
Kako bi se smanjila razina radijskih smetnji u jedinicama, VBR-7-G i BPV-7-100, kondenzator kapaciteta 4,7 μF ugrađen je paralelno s terminalima "+" i "-" generatora. Opći izgled ventila BA -20 prikazan je na Sl. 5. Nazivna struja ventila je 20 A. Radi pojednostavljenja kruga, električnih priključaka, ventili se proizvode u dvije verzije - s izravnim i obrnutim polaritetom na kućište (slika 5, b). U ventilima izravnog polariteta "+" ispravljene će biti na tijelu, u ventilima obrnutog polariteta bit će "-" ispravljene struje.
Ventili izravnog i obrnutog polariteta razlikuju se po boji oznake nanesene bojom na dnu kućišta. Ventili pozitivnog polariteta: (“+” na tijelu) označeni su crvenom bojom, a ventili obrnutih polariteta (“-” na tijelu) su označeni crnom bojom.
Silikonski ventil VA-20
Električni dijagram za spajanje namota generatora i ispravljača prikazan je na slici 3, a. Kada se rotor generatora okreće u svakoj fazi, inducira se izmjenični napon čija je promjena za jedno razdoblje prikazana na Sl. 3, b. Nakon ispravljanja, krivulje faznog napona će poprimiti oblik prikazan na Sl. 3, c. Ispravljeni napon bit će gotovo konstantan (linija 1 na slici 3, c), a frekvencija mreškanja ispravljenog napona bit će šest puta veća od frekvencije u faznim namotima (Yu.I. Borovskikh, "Uređaj automobila" , str. 183).
S povećanjem brzine vrtnje, frekvencija struje inducirane u faznim namotima generatora raste naizmjenična struja, a induktivni otpor namota se povećava. Stoga, pri visokoj frekvenciji vrtnje rotora, kada generator može isporučiti maksimalnu snagu, nema opasnosti od njegovog preopterećenja, budući da je struja generatora ograničena povećanim induktivnim otporom njegovih namota. Ovaj fenomen kod generatora naizmjenična struja naziva se svojstvom samoograničenja. Automobilski generatori G-250, G-270, G-221 i drugi dizajnirani su na način da im nije potreban ograničavač struje.
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 s automobilskim generatorom naizmjenična struja, može se koristiti samo regulator napona. To uvelike pojednostavljuje dizajn i smanjuje veličinu, težinu i cijenu releja-regulatora. Putovi struje kroz ventile ispravljača kada namoti prođu prvu fazu sjevernog i južnog pola rotora prikazani su na sl. 3, a strelicama. Kao što se može vidjeti iz dijagrama, ako se namoti prve faze izmjenjuju u smjeru struje, struja u krugu opterećenja (Rn) bit će konstantna. Proces je sličan i u ostalim fazama.
II. ZATIM. GENERATOR
Kvarovi i kvarovi generatora su: prekid ili kratki spoj u statorskom namotu generatora ili u uzbudnom namotu, prekid kontakta četkica s prstenovima i iskrenje četkica, trošenje ležajeva generatora, kvar ili slabljenje opruga držača četkice, kvar dioda u ispravljaču, popuštanje napetosti (pretjerana napetost) pogonskog remena.
Neispravnosti alternatora otkrivaju se očitavanjem ampermetra ili lampice upozorenja. Ampermetar s neispravnim generatorom pokazat će pražnjenje, a signalna lampica će biti upaljena kada motor radi. Gubitak kontakta četkica s prstenovima nastaje zbog prljavštine, gorenja ili istrošenosti, lomljenja ili istrošenosti četkica, kao i slabljenja ili loma tlačnih opruga četkica. Onečišćenje prstena treba obrisati čistom krpom, zagorene prstenove očistiti staklenim papirom, istrošenu četkicu zamijeniti novom i protrljati preko prstena.
III. DIJAGNOSTIKA GENERATORA
Dijagnosticiranje generatora svodi se na provjeru graničnog napona i zdravlja generatora. Da biste izvršili ovu operaciju, morate uključiti voltmetar paralelno s trenutnim potrošačima. Granični napon se provjerava s uključenim potrošačima struje (bočna i bočna svjetla) i povećava se broj okretaja radilice motora. Trebao bi biti u rasponu od 13,5-14,2 V. Učinak generatora se ocjenjuje naponom kada su svi potrošači uključeni brzinom koja odgovara punom izlazu generatora, koji bi trebao biti najmanje 12 V. i rijedak kvarovi generatora, kao što su prekid ili kratki spoj namota statora na masu, prekid ili kvar ispravljačkih dioda, zbog značajnih rezervi performansi generatora.
Ovi se kvarovi lako prepoznaju 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 povremenog uključivanja primarnog namota induktivnog svitka u krug opterećenja. Lako se očitava s oscilograma osciloskopa mototestera (Elkon S -300, Elkon S -100A, K-461, K-488).
S jednom probušenom (kratko spojenom) diodom, kao rezultat njezinih ispravljačkih svojstava, raspon fluktuacije napona se povećava na 2,5-3 V. s općim smanjenjem njezine frekvencije vibracija. Prosječna razina napona koju pokazuje voltmetar ne mijenja se, međutim, naponski udari dovode do smanjenja trajnosti baterije i drugih elemenata električne opreme (VL Rogovtsev, "Projektiranje i rad vozila", str. 391).
Dakle, istodobna uporaba osciloskopa i voltmetra omogućuje 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 mijenja ili popravlja u elektroradionici, granični napon releja-regulatora regulira se naponom armaturne opruge, a ako to nije moguće mijenja se i relej-regulator. Beskontaktni tranzistorski relejni regulatori reguliraju se samo u trgovini elektrotehnikom.
29 ELEKTRIČNI GENERATORI NAIZMJENIČNA STRUJA
Malo je znanstvenih pravaca, u kojima su se istraživanja pokazala jednako plodonosnima kao iu području visokofrekventnih struja. Jedinstvena svojstva ovih struja i upečatljiva priroda fenomena koje su demonstrirali odmah su zaokupili svačiju pozornost. znanstvenici su pokazali interes za istraživanja na ovom području, inženjeri su se zainteresirali za perspektivu njihove industrijske primjene, a liječnici su u njima vidjeli dugo očekivano sredstvo učinkovitog liječenja tjelesnih bolesti. Otkako su moji prvi istraživački radovi objavljeni 1891. godine, napisane su stotine svezaka o ovoj temi i doneseni su bezbrojni zaključci o tom novom fenomenu. Ipak, ovaj znanstveno-tehnički smjer je u razdoblju formiranja, a budućnost u svojim dubinama čuva nešto neusporedivo značajnije.
Od samog početka bio sam svjestan hitne potrebe za stvaranjem učinkovitih uređaja koji zadovoljavaju brzo rastuće zahtjeve, te sam tijekom osam godina, dosljedno ispunjavajući ranije data obećanja, razvio najmanje pedeset vrsta pretvarača, odnosno električnih generatora, izmjenična struja, besprijekorna u svakom pogledu i dovedena do te mjere savršenstva, da ni sada nitko od njih nije mogao napraviti neka značajnija poboljšanja. Da sam se vodio praktičnim razmatranjima, možda bih započeo izvrstan i unosan posao, pružajući na tom putu značajne usluge čovječanstvu. No, sila okolnosti i dotad neviđeni izgledi za još značajnija postignuća usmjerili su moje napore u drugom smjeru. 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 s frekvencijom, amplitudom i naponom postavljenim u širokom rasponu. Oni su kompaktni, samostalni, ne zahtijevaju održavanje dugo vremena i smatrat će se vrlo prikladnim i korisnim u raznim područjima, na primjer, za bežični telegraf i telefon; za pretvorbu električne energije; za stvaranje kemijskih spojeva fuzijom i vezanjem; za sintezu plina; za proizvodnju ozona; za rasvjetu, zavarivanje, sanitarnu profilaksu i dezinfekciju komunalnih, medicinskih i stambenih prostora, kao i za mnoge druge namjene u znanstvenim laboratorijima i industrijskim poduzećima. Iako ovi pretvarači nikada prije nisu bili opisani, opća načela njihova dizajna u cijelosti su iznesena u mojim publikacijama i patentima, detaljnije u od 22. rujna 1896., te stoga, mislim, nekoliko priloženih fotografija i popratni sažetak objašnjenje će pružiti sveobuhvatne informacije ako će biti 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 učinkovitosti provodi se na više načina, najčešće pomoću jednostavnog vijka za podešavanje. Pod povoljnim uvjetima može se postići učinkovitost do 85%, odnosno može se reći da se energija dovedena iz izvora energije može regenerirati u sekundarnom krugu transformatora. Ako je glavna prednost ove vrste aparata očito u izvanrednim sposobnostima kondenzatora, onda su određene specifične kvalitete posljedica formiranja serijskog kruga, pod uvjetom da se promatraju točni harmonijski odnosi i gubici trenjem, kao i kao i ostali gubici, minimizirani, što je jedan od glavnih ciljeva ovog projekta.
Općenito govoreći, uređaji se mogu podijeliti u dvije klase: jednu u kojoj prekidač ima čvrste kontakte, a drugu u kojoj se izrada i lomljenje vrši živom. Na slikama od 1 do 8, uključujući, prikazana je prva vrsta, a druge druge. Prvi su sposobni postići veću učinkovitost, uzimajući u obzir činjenicu da su gubici od zatvaranja i otvaranja svedeni na minimum, a prijelazni otpor koji uzrokuje prigušivanje oscilacija je mali. Potonje je poželjno koristiti u slučajevima kada je potrebna velika izlazna snaga i veliki broj prekida u sekundi. motor i sjeckalica 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 smješten u pravokutnu kutiju od mahagonija na koju je montirana samoindukcijska zavojnica čiji su zavoji, naglašavam, podijeljeni u dva dijela, spojeni paralelno ili serijski, ovisno o naponu napajanja od 110 ili 220 volti. Iz kutije strše četiri bakrene šipke s pločom s opružnim kontaktima i na njima pričvršćenim vijcima za podešavanje; iznad kutije nalaze se dva masivna voda spojena na primarni namot transformatora. Dvije šipke služe za spajanje na kondenzator, a druge dvije se koriste za spajanje na stezaljke prekidača ispred samoindukcijske zavojnice i kondenzatora. Primarni namot transformatora sastoji se od nekoliko zavoja bakrene trake, na čije su krajeve zalemljene kratke igle, koje točno odgovaraju stezaljkama namijenjenim za njih. Sekundarni namot se sastoji od dva dijela, namotana na način da što je moguće više smanji vlastiti kapacitet, a pritom omogućuje da zavojnica izdrži vrlo visoke napone između njegovih terminala u sredini, koji su spojeni na stezaljke na dva izbočena gumena stupa. Redoslijed spojeva u strujnom krugu može se neznatno razlikovati, ali obično su shematski prikazani u svibanjskom 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 izvora napajanja prolazi kroz samoindukcijsku zavojnicu, magnetizirajući željeznu jezgru unutar nje i odspajajući kontakte prekidača. inducirana struja puni kondenzator na visoki napon, a nakon što su kontakti zatvoreni, akumulirana energija se ispušta kroz primarni namot, uzrokujući dugi niz oscilacija koje pobuđuju podešeni sekundarni namot.
Il. 1. Generator stvoren za eksperimentalne svrhe
Uređaj se pokazao iznimno korisnim u provođenju svih vrsta laboratorijskih pokusa. Na primjer, prilikom istraživanja fenomena impedancije, transformator je uklonjen i na stezaljke je spojena savijena bakrena ploča. Ploča je često bila zamijenjena velikom kružnom zavojnicom kako bi se demonstrirao fenomen indukcije na daljinu, odnosno sposobnost pobuđivanja rezonantnih krugova korištenih u raznim studijama i mjerenjima. Transformator prikladan za svaku primjenu može se jednostavno izraditi i spojiti na bilo koji ulaz, čime se postižu velike uštede u vremenu i radu. Suprotno pretpostavkama, stanje kontakata prekidača nije uzrokovalo mnogo problema, unatoč činjenici da je struja koja je prolazila kroz njih bila velika, odnosno u prisutnosti rezonancije, jaka struja je nastala tek kada je krug bio zatvoren, a isključena je mogućnost destruktivnog luka. U početku sam koristio kontakte od platine i iridija, kasnije sam materijal zamijenio meteoritnim materijalom i na kraju sam se odlučio na volfram. Potonje je najviše zadovoljilo jer je omogućilo kontinuirani rad više sati i dana.
Slika 2 prikazuje mali generator dizajniran za neku posebnu namjenu. Razvoj se temeljio na ideji dobivanja visokih energija u vrlo kratkom vremenskom razdoblju nakon relativno duge stanke. U tu svrhu korištena je zavojnica s velikom samoindukcijom i brzodjelujućim prekidačem. Zahvaljujući ovom rasporedu, kondenzator je bio napunjen do visokog potencijala. U sekundarnom namotu dobivena je brza izmjenična struja i velika pražnjenja iskri, pogodna za zavarivanje tankih žica, za osvjetljavanje žarulja sa žarnom niti, za paljenje eksplozivnih smjesa i druge slične primjene. Ovaj uređaj je također prilagođen za napajanje baterijama, a ova se modifikacija pokazala vrlo učinkovitom kao upaljač za plinske motore, za koji sam 16. kolovoza 1898. dobio patent broj 609250. Slika 3 prikazuje veliki prvoklasni generator za eksperimente s bežičnim prijenosom, prikupljanje rendgenskih zraka i druga znanstvena istraživanja. Sastoji se od kutije i dva kondenzatora smještena unutar nje, koji imaju kapacitet koji svitak za punjenje i transformator mogu izdržati. Prekidač, ručni prekidač i priključne stezaljke postavljene su na prednjoj strani samoindukcijske zavojnice 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 s vijkom za regulaciju intervala tijekom kojeg je krug zatvoren. Vibrirajuća opruga, čija je jedina funkcija izazivanje povremenih otvora, može se podesiti mijenjanjem omjera kompresije kao i udaljenosti od željezne jezgre koja se nalazi u središtu zavojnice za punjenje pomoću četiri vijka za podešavanje vidljiva na gornjoj ploči, tako osiguravajući bilo koji željeni način mehaničkog podešavanja. Primarni namot transformatora izrađen je od bakrene trake, a na odgovarajućim točkama donose se zaključci za proizvoljno mijenjanje broja zavoja. Kao i u oscilatoru prikazanom na slici 1, samoindukcijska zavojnica ima dvodijelni namot tako da uređaj može raditi na mreži s naponom od 110 i 220 volti; također je osigurano nekoliko sekundarnih namota koji odgovaraju različitim valnim duljinama u primarnom. Izlazna snaga bila je približno 500 vata s prigušenim oscilacijama od oko 50. 000 perioda u sekundi. Kontinuirane oscilacije javljale su se u kratkom vremenskom razdoblju kada je vibrirajuća opruga bila stisnuta, koja je bila čvrsto pritisnuta na željeznu jezgru, te kada su se kontakti odspojili pomoću vijka za podešavanje, koji je također služio kao ključ. S ovim generatorom napravio sam niz važnih zapažanja, a upravo je jedan od tih strojeva predstavljen na predavanju na njujorškoj akademiji znanosti 1897. godine.
Il. 2. Mali Teslin oscilator dizajniran kao upaljač za plinske motore
Il. 3. Veliki Teslin oscilator dizajniran za eksperimente s bežičnim prijenosom
Il. 7 . Teslin veliki transformator
Il. 8. Rotacijski pretvornik koji se koristi za eksperimente bežičnog prijenosa
Slika 4 prikazuje tip transformatora identičan u svim aspektima onom predstavljenom u spomenutom izdanju Electrical Experimentera iz svibnja 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 pomicanjem željezne jezgre gore-dolje unutar indukcijskog svitka pomoću dva vijka za podešavanje. Osigurači su uključeni u dovod kako bi se spriječila oštećenja od kratkih spojeva. Tijekom fotografiranja uređaj je radio, stvarajući kontinuirane oscilacije iz rasvjetne mreže od 220 volti.
Slika 5 prikazuje kasniju modifikaciju transformatora uglavnom namijenjenu zamjeni Rumkorfovih zavojnica. U ovom slučaju koristi se primarni namot sa znatno većim brojem zavoja, a sekundarni je u neposrednoj blizini. struje generirane u potonjem, s naponom 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 - jezgra i kontaktna opruga - podesivi su kao i prije.
Na slici 6 prikazan je mali uređaj iz niza takvih uređaja, posebno namijenjen za proizvodnju ozona ili dezinfekciju. Zbog svoje je veličine iznimno učinkovit i može se spojiti na mrežni napon od 110 ili 220 volti DC ili naizmjenična struja, prvo je poželjno.
Il. 9. Transformator i živin prekidač
Il. 10. Veliki Tesla pretvarač sa zatvorenom komorom i živinim regulatorom
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 krug zavojnice, kao u prethodnim modelima, dok je drugi spojen paralelno s primarnim namotom. Tako se u potonjem stvaraju struje velike jačine i stoga se pojačavaju učinci u sekundarnom krugu. Uvođenje dodatnog rezonantnog kruga također pruža druge prednosti, ali se ugađanje pokazuje težim, pa je stoga poželjno koristiti uređaj ove vrste za dobivanje struja zadane konstantne frekvencije.
Il. 11. Tesla generator s hermetički zatvorenim razbijač žive dizajniran za niskonaponske generatore
Il. 13. Druga vrsta pretvarača naizmjenična struja sa hermetički zatvorenim razbijač žive
Il. 14. Shema i raspored dijelova modela prikazanih na slici 13
Na slici 8 prikazan je transformator s rotacijskim sjeckalicom. 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 kruga. Mali istosmjerni motor koristi se za pogon posebno dizajniranog prekidača, čija brzina može uvelike varirati. 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 laboratorija svojim vakuumskim cijevima, a bio je i izložen tijekom gore spomenutog predavanja koje sam održao na New York Academy of Sciences.
Prijeđimo sada na strojeve druge klase, od kojih je jedan AC pretvarač prikazan na slici 9. Njegov krug uključuje kondenzator i indukcijsku zavojnicu 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. kolovoza 1898. godine. sastoji se od šupljeg bubnja kojeg pokreće električni motor s malom količinom žive unutar njega, koji se centrifugalnom silom baca na stijenke 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 time 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 razbijač je izložen atmosferi i dolazi do postupne oksidacije žive. Ovaj nedostatak je oslobođen uređaja prikazan na slici 10. Ima perforirano metalno kućište, unutar kojeg su smješteni kondenzator i indukcijska zavojnica za punjenje, a iznad njega su motor sjeckalice i transformator.
Il. 15 i 16. Teslin pretvarač hermetički zatvoren razbijač živečiji je rad reguliran gravitacijom; sklopovi motora i prekidača
Vrsta živinog prekidača koji će se opisati radi na principu mlazne struje koja pulsira kako bi uspostavila kontakt s rotirajućim diskom unutar bubnja. Stacionarni dijelovi su pričvršćeni unutar komore na šipku koja prolazi 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 kisika je neosporno poboljšanje koje eliminira oksidaciju metala i povezane poteškoće te održava radne uvjete u svakom trenutku.
Slika 11 prikazuje generator s 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 spremnik. Time su klizni prstenovi postali nepotrebni i pojednostavljena konstrukcija. Uređaj je dizajniran za generatore niskog napona i frekvencije, koji zahtijevaju relativno malu struju u primarnom namotu, a korišten je za pobuđivanje rezonantnih krugova.
Slika 12 je poboljšani model oscilatora kao što je opisano na slici 10. U ovom modelu, potporna šipka unutar šupljeg bubnja je eliminirana, a živina pumpa se drži na mjestu gravitacijom. Detaljniji opis bit će dan u vezi s drugom ilustracijom. Kapacitet kondenzatora i broj zavoja primarnog kruga 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 a Slika 14 je dijagram i raspored dijelova koji su reproducirani iz mog patenta br. 609245 od 16. kolovoza 1898., koji opisuje ovaj konkretni uređaj. Kondenzator, indukcijska zavojnica, transformator i prekidač postavljeni su kao i prije, ali potonji ima strukturne razlike, što će postati jasno nakon razmatranja ovog kruga. Šuplji bubanj a spojen na c-os, koja je montirana s vertikalnim ležajem i prolazi kroz elektromagnet trajnog polja d motor. Tijelo je unutar bubnja ojačano na kotrljajućim ležajevima h od magnetske tvari, zaštićen kapom b u središtu lamelarnog željeznog prstena, s 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 čep je najbolje od nikl srebra, kiselinom pocrnjenog ili poniklanog. Tijelo h ima kratku cijev k, savijen, kao što je prikazano, da zarobi tekućinu dok se rotira i izbačen na zupce diska pričvršćenog na bubanj. Disk je izoliran, a kontakt između njega i vanjskog kruga provodi se 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 odsutnosti oksidirajućeg medija, ostaje uvijek čist i u izvrsnom stanju. Moguće je, međutim, postići puno veći broj oscilacija u sekundi kako bi struje bile pogodne za bežičnu telefoniju i druge slične svrhe.
Modificirani tip oscilatora prikazan je na slikama 15 i 16, prva je fotografska slika, a druga je dijagram koji prikazuje raspored unutarnjih dijelova regulatora. U ovom slučaju, osovina b... nosač šuplji kontejner a, oslanjajući se na kotrljajuće ležajeve, spojene na vreteno j... za koji je vezan teret k. izoliran od potonjeg, ali mehanički spojen na njega, savijeni nosač L Služi kao oslonac za disk prekidaca koji se slobodno hodi sa zubima. Disk je povezan s vanjskim krugom živinim lijevkom i izoliranim čepom koji strši iz vrha osovine. Zbog nagnutog položaja elektromotora, opterećenje k drži disk prekidača na mjestu gravitacijom, a kako se osovina okreće, petlja kondenzatora/primarne zavojnice brzo se zatvara i otvara.
Il. 17. Tesla pretvarač s uređajem za prekidanje u obliku struje žive
Slika 17 prikazuje identičan aparat u kojem je prekidač mlaz žive koji udara u izolirani zupčanik koji se nalazi na izoliranom klinu u središtu poklopca bubnja, kao što se vidi na slici. Spajanje na kondenzator vrši se pomoću četkica koje se nalaze na istom poklopcu.
Slika 18 - Tip pretvarača s razbijač žive korištenjem diska modificiranog u nekim detaljima koje je potrebno pažljivo razmotriti.
Ovdje je prikazano samo nekoliko gotovih AC pretvarača i oni čine mali dio visokofrekventnih aparata za koje se nadam da ću ih kasnije, kada se oslobodim hitnih obveza, detaljno dati.
Il. 18. Teslin pretvarač sa razbijač žive pomoću diska
Alternator
Opis:
Alternator. Uređaj i princip rada.
Izraz "generacija" u elektrotehnici došao je 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:
kemijski;
svjetlo;
toplinske i druge.
Povijesno gledano, generatori su konstrukcije koje pretvaraju kinetičku energiju rotacije u električnu.
Prema vrsti proizvedene električne energije, generatori su:
1. stalna struja;
2. varijabilna.
Fizikalne zakone koji omogućuju stvaranje modernih električnih instalacija za proizvodnju električne energije transformacijom mehaničke energije otkrili su znanstvenici Oersted i Faraday.
U dizajnu bilo kojeg generatora implementira se kada se električna struja ubrizgava u zatvoreni okvir zbog njegovog sjecišta s rotirajućim magnetskim poljem, koje se stvara u pojednostavljenim modelima za kućnu upotrebu ili uzbudnim namotima na industrijskim proizvodima povećane snage.
Kada zakrenete okvir, veličina magnetskog toka se mijenja.
Elektromotorna sila inducirana u petlji ovisi o brzini promjene magnetskog toka koji prodire kroz petlju u zatvorenoj petlji S i izravno je proporcionalna njezinoj vrijednosti. Što se rotor brže okreće, to je veći napon koji se stvara.
Kako bi se stvorila zatvorena petlja i preusmjerila električna struja iz nje, bilo je potrebno stvoriti sklop kolektora i četke koji osigurava stalan kontakt između rotirajućeg okvira i stacionarnog dijela kruga.
Zbog izvedbe četkica s oprugom, pritiskom na kolektorske ploče, električna struja se prenosi na izlazne stezaljke, a iz njih ulazi u mrežu potrošača.
Princip rada najjednostavnijeg istosmjernog generatora
Kada se okvir rotira oko osi, njegova lijeva i desna polovica 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.
Kako bi se stvorila istosmjerna struja u izlaznom krugu, na kolektorskom sklopu se stvara poluprsten za svaku polovicu namota. Četke uz prsten uklanjaju potencijal samo njihovog predznaka: pozitivnog ili negativnog.
Budući da je poluprsten rotirajućeg okvira otvoren, u njemu se stvaraju momenti kada struja dosegne svoju maksimalnu vrijednost ili je odsutna. Da bi se održao ne samo smjer, već i konstantna vrijednost generiranog napona, okvir je izrađen posebno pripremljenom tehnologijom:
ona ne koristi jednu zavojnicu, već nekoliko - ovisno o veličini planiranog napona;
broj okvira nije ograničen na jednu kopiju: pokušavaju ih napraviti dovoljnim da optimalno održavaju padove napona na istoj razini.
U DC generatoru, namoti rotora se nalaze u utorima. To omogućuje smanjenje gubitka induciranog elektromagnetskog polja.
Značajke konstrukcije istosmjernih generatora
Glavni elementi uređaja su:
vanjski okvir napajanja;
magnetski stupovi;
stator;
rotirajući rotor;
sklopna jedinica s četkama.
Tijelo je izrađeno od čeličnih legura ili lijevanog željeza kako bi se osigurala mehanička čvrstoća cjelokupne strukture. Dodatni zadatak kućišta je prijenos magnetskog toka između polova.
Polovi magneta pričvršćeni su na tijelo iglama ili vijcima. Na njima je montiran namot.
Stator, koji se naziva i jaram ili jezgra, izrađen je od feromagnetnih materijala. Na nju se postavlja namot uzbudnog svitka. Jezgra statora opremljen magnetskim polovima koji tvore njegovo magnetsko polje sile.
Rotor ima sinonim: sidro. Njegova magnetska jezgra sastoji se od laminiranih ploča koje smanjuju stvaranje vrtložnih struja i povećavaju učinkovitost. Namoti rotora i / ili samopobuda položeni su u utore jezgre.
Preklopni čvor kod kistova može imati različit broj polova, ali je uvijek višekratnik dva. Materijal četkica je obično grafit. Kolektorske ploče izrađene su od bakra, kao najoptimalnijeg metala, pogodnog za električna svojstva strujne vodljivosti.
Zahvaljujući korištenju prekidača, na izlaznim stezaljkama istosmjernog generatora stvara se pulsirajući signal.
Glavne vrste konstrukcija istosmjernih generatora
Prema vrsti napajanja uzbudnog namota razlikuju se uređaji:
1.sa samouzbudom;
2. rad na temelju neovisne inkluzije.
Prvi proizvodi mogu:
koristiti trajne magnete;
ili rad iz vanjskih izvora, na primjer, baterija, vjetroturbina...
Generatori s neovisnim prebacivanjem rade iz vlastitog namota 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. Struktura mu je ista kao kod indukcijskog motora.
Takve kolektorske strukture mogu istovremeno raditi u načinu rada motora ili generatora. Zbog toga su postali široko rasprostranjeni u postojećim hibridnim vozilima.
Proces formiranja reakcije sidra
Javlja se u stanju mirovanja kada je sila pritiskanja četke pogrešno podešena, što stvara suboptimalan način trenja. To može dovesti do smanjenja magnetskih polja ili požara zbog povećanog stvaranja iskri.
Načini za smanjenje su:
kompenzacija magnetskih polja spajanjem dodatnih polova;
postavljanje pomaka položaja kolektorskih četkica.
Prednosti DC generatora
To uključuje:
nema gubitaka zbog histereze i stvaranja vrtložnih struja;
rad u ekstremnim uvjetima;
smanjena težina i male dimenzije.
Princip rada najjednostavnijeg alternatora
Unutar ovog dizajna koriste se svi isti detalji kao u prethodnom analogu:
magnetsko polje;
rotirajući okvir;
kolektorska jedinica sa četkama za odvod struje.
Glavna razlika leži u rasporedu kolektorskog sklopa, koji je kreiran na način da se pri rotaciji okvira kroz četke stalno stvara kontakt s njegovom polovicom okvira bez cikličke promjene njihovog položaja.
Zbog toga se struja, koja se mijenja prema zakonima harmonika u svakoj polovici, potpuno nepromijenjena prenosi na četke, a zatim preko njih u strujni krug potrošača.
Naravno, okvir se stvara namotavanjem ne jednog zavoja, već izračunatim brojem njih kako bi se postigao optimalni napon.
Dakle, princip rada istosmjernih i izmjeničnih generatora je opći, a dizajnerske razlike su u izradi:
kolektorski sklop rotacionog rotora;
konfiguracije namota na rotoru.
Značajke dizajna industrijskih alternatora
Razmotrimo glavne dijelove industrijskog indukcijskog generatora u kojem rotor prima rotacijsko gibanje od obližnje turbine. U dizajn statora uključen je elektromagnet (iako se magnetsko polje može stvoriti skupom trajnih magneta) i namot rotora s određenim brojem zavoja.
Unutar svake petlje inducira se elektromotorna sila koja se uzastopno dodaje u svaku od njih i tvori na izlaznim stezaljkama ukupnu vrijednost napona koji se dovodi u strujni krug priključenih potrošača.
Za povećanje amplitude EMF-a na izlazu generatora koristi se posebna konstrukcija magnetskog sustava, izrađena od dva magnetska kruga zbog upotrebe posebnih vrsta električnog čelika u obliku laminiranih ploča s utorima. Unutar njih su montirani namoti.
U kućištu generatora nalazi se jezgra statora s utorima za smještaj namota koji stvara magnetsko polje.
Rotor koji se okreće na ležajevima također ima magnetski krug s utorima, unutar kojih je montiran namot koji prima inducirani EMF. Obično se za os rotacije odabire horizontalni smjer, iako postoje generatori s okomitim 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 ga nastoje učiniti što manjim, uzimajući u obzir oba ova zahtjeva na najbolji mogući način.
Smješten na istoj osovini kao i rotor, uzbudnik je generator istosmjerne struje relativno male snage. Njegova svrha: opskrba električnom energijom namota generatora energije u stanju neovisne uzbude.
Takvi se patogeni najčešće koriste s dizajnom turbinskih ili hidrauličnih generatora energije pri stvaranju glavne ili rezervne metode uzbude.
Slika industrijskog generatora prikazuje raspored kolektorskih prstenova i četkica za prikupljanje struje iz rotirajuće strukture rotora. Tijekom rada, ova jedinica je podvrgnuta stalnom mehaničkom i električnom naprezanju. Za njihovo prevladavanje stvara se složena struktura koja tijekom rada zahtijeva povremene inspekcije i provedbu preventivnih mjera.
Kako bi se smanjili generirani operativni troškovi, koristi se drugačija, alternativna tehnologija, koja također koristi interakciju između rotirajućih elektromagnetskih polja. Na rotor se postavljaju samo trajni ili električni magneti, a napon se uklanja sa stacionarnog namota.
Prilikom stvaranja takvog kruga, takva se struktura može nazvati izrazom "alternator". Koristi se u sinkronim generatorima: visokofrekventnim, automobilskim, dizel lokomotivama i brodovima, instalacijama elektrana za proizvodnju električne energije.
Značajke sinkronih 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 namot, a na rotor je montiran elektromagnet s jezgrom i uzbudnim namotom, koji se napaja iz istosmjernih strujnih krugova kroz sklop kolektora četkica.
Rotor se pokreće u rotaciju iz izvora mehaničke energije - pogonskog motora istom brzinom. Njegovo magnetsko polje čini isto gibanje.
U namotima statora induciraju se elektromotorne sile iste veličine, ali pomaknute za 120 stupnjeva u smjeru, stvarajući trofazni simetrični sustav.
Kada se spoje na krajeve namota potrošačkih krugova, u krugu počinju djelovati fazne struje koje tvore magnetsko polje koje se rotira na isti način: sinkrono.
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 toka unutar praznine je trapezoidan kao što je prikazano na grafikonu linija 1.
Ako se oblik rubova na polovima korigira na kosi s promjenom zazora na maksimalnu vrijednost, tada se može postići sinusoidni oblik raspodjele, kao što je prikazano linijom 2. Ova tehnika se koristi u praksi.
Uzbudni krugovi za sinkrone generatore
Magnetomotorna sila koja nastaje na uzbudnom namotu "OB" rotora stvara njegovo magnetsko polje. Za to postoje različiti dizajni istosmjernih uzbudnika na temelju:
1. kontaktna metoda;
2. beskontaktna metoda.
U prvom slučaju koristi se zasebni generator, nazvan uzbudnik "B". Njegov uzbudni namot napaja se dodatnim generatorom po principu paralelne uzbude, nazvanom "PV" uzbuđivač.
Svi rotori su smješteni na zajedničkom vratilu. Zbog toga se rotiraju na potpuno isti način. Reostati r1 i r2 služe za regulaciju struja u krugovima uzbudnika i pojačanja.
Beskontaktnom metodom nema kliznih prstenova rotora. Trofazni namot uzbudnika montiran je izravno na njega. Okreće se sinkrono s rotorom i prenosi električnu istosmjernu struju kroz zajednički rotirajući ispravljač izravno do namota uzbudnika "B".
Vrste beskontaktnih krugova su:
1. samouzbudni sustav iz vlastitog statorskog namota;
2. automatizirana shema.
U prvoj metodi napon iz namota statora dovodi se do padajućeg transformatora, a zatim do poluvodičkog ispravljača "PP", koji stvara istosmjernu struju.
Ovom metodom stvara se početno uzbuđenje zbog fenomena preostalog magnetizma.
Automatska shema za stvaranje samouzbude uključuje korištenje:
transformator napona VT;
automatizirani regulator uzbude ATS;
strujni transformator TT;
ispravljački transformator VT;
tiristorski pretvarač TP;
zaštitna jedinica BZ.
Značajke asinkronih generatora
Temeljna razlika između ovih dizajna je nepostojanje krute veze između brzine rotora (nr) i EMF inducirane u namotu (n). Među njima uvijek postoji razlika 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 asinkrone generatore izrađen je:
kratkog spoja;
faza;
šuplje.
Asinkroni generatori mogu imati:
1. samostalno uzbuđenje;
2. samouzbuđenje.
U prvom slučaju koristi se vanjski izvor izmjeničnog napona, a u drugom se koriste poluvodički pretvarači ili kondenzatori u primarnom, sekundarnom ili obje vrste krugova.
Dakle, alternatori i generatori istosmjerne struje imaju mnogo zajedničkih značajki u načelima konstrukcije, ali se razlikuju u dizajnu pojedinih elemenata.
Ako se trajni magnet okreće iznad jezgre sa zavojnicom na nju, tada će se magnetsko polje oko zavojnice kontinuirano mijenjati i kao rezultat fenomena elektromagnetske indukcije u njemu će nastati izmjenična indukcijska struja. Na tom principu radi indukcijski alternator u kojem se mehanička energija pretvara u električnu.
|
Shema indukcijskog alternatora koji se koristi na biciklima prikazana je na slici 24.5. Kada se osmopolni trajni magnet rotira - rotor 1, u statorskom namotu 2 nastaje EMF. Spojena na krajeve 3 i 4 namota, žarulja 5 je pod naponom. Slika 24.6 prikazuje poprečni presjek industrijskog generatora. Stacionarni dio generatora, tj. stator 1, je okvir izrađen od limova mekog magnetskog električnog čelika. Stator ima namot od debele bakrene žice. Rotirajući dio generatora - rotor 2 je elektromagnet, čiji namot 3 napaja poseban istosmjerni generator - uzbudnik. Kada se rotor rotira, magnetsko polje koje prodire u statorski namot povremeno se mijenja, zbog čega se u njemu inducira promjenjivi indukcijski EMF. U termoelektranama se za rotaciju rotora koriste parne turbine. |
Izmjenična struja ima niz svojstava sličnih onima istosmjerne struje, ali neka od njezinih svojstava se razlikuju od osobina istosmjerne struje.
Dakle, prolazeći kroz vodiče, izmjenična struja ih zagrijava (kao i istosmjerna). Ovo svojstvo koristi se u električnim grijačima i električnim žaruljama sa žarnom niti.
Oko vodiča kroz koje teče izmjenična struja nužno postoji magnetsko polje, ali ono je, kao i struja, izmjenično. U elektromagnetu koji se napaja izmjeničnom strujom iz mreže, polaritet krajeva magnetskog kruga (jezgre) mijenja se 50 puta u sekundi.
Nije teško provjeriti može li serijski pobuđeni brušeni motor raditi kada se napaja izmjeničnom strujom. Takvi se motori koriste u mnogim kućanskim aparatima (usisavač, sokovnik, ventilator itd.). Doista, kada se promijeni polaritet polova induktora, istovremeno se mijenja i smjer struje u armaturi, pa će se armatura nastaviti okretati u istom smjeru.
KONTROLNA PITANJA
1. Koji je princip rada indukcijskog generatora?
2. Koja svojstva izmjenične struje poznajete?
3. Koji su uređaji indukcijskog turbo i hidrogeneratora? Objasnite sa slika.
4. Zašto rotor turbogeneratora ima jedan par polova, a hidrogenerator mnogo?
Vježbe
1. Dokažite da hidrogenerator HE Bratsk proizvodi izmjeničnu struju frekvencije 50 Hz. Njegov rotor, koji se okreće frekvencijom od 125 okretaja u minuti, ima 24 para polova.
2. Koliko bi parova polova trebao imati hidrogenerator ako mu se rotor vrti frekvencijom od 5 okr/s? Frekvencija inducirane struje je 50 Hz.
3. Dokazati da magnetoelektrični uređaji nisu prikladni za mjerenja u krugovima izmjenične struje, dok su elektromagnetski i elektrodinamički uređaji prikladni.
4. Slika prikazuje graf preuzet sa zaslona osciloskopa. Svaka ćelija odgovara horizontalno 0,01 s, a okomito 20 V. Odredite napon i frekvenciju električne struje. 
Trenutno se sinkroni generatori uglavnom koriste za proizvodnju električne energije. Asinkroni strojevi se najčešće koriste kao motori.
Generatori izmjenične struje uglavnom se sastoje od fiksnog namota - statora i pokretnog - rotora.
Razlika između sinkronog stroja i asinkronog stroja je u tome što se kod prvoga magnetsko polje statora rotira istovremeno s kretanjem rotora, a kod asinkronih strojeva ili napreduje ili zaostaje za poljem u rotoru.
Široka upotreba sinkronih strojeva je posljedica njihovih parametara kvalitete. Sinkroni generatori proizvode vrlo stabilan napon pogodan za spajanje širokog spektra električnih uređaja.
S kratkim spojem u opterećenju ili velikom potrošnjom energije kroz namote statora teče značajna struja, što može dovesti do kvara generatora. Za takve strojeve potrebno je hlađenje - na osovinu rotora postavlja se turbina, koja hladi cijelu strukturu.
S obzirom na to, sinkroni generatori su osjetljivi na uvjete okoline.
Asinkroni generatori u većini slučajeva imaju zatvoreno kućište i neosjetljivi su na veliku startnu struju potrošača energije.
Međutim, za njihov rad potrebna je vanjska snažna struja prednapona. Općenito, indukcijski generatori proizvode nestabilne napone. Takvi generatori se široko koriste kao izvori energije za strojeve za zavarivanje.
Sinkroni generatori su rasprostranjeni kao pretvarači mehaničke energije u električnu u hidroelektranama, termoelektranama, kao benzinski i dizel generatori u kućanstvu, kao izvori energije na brodu u prometu.
Statori sinkronog i asinkronog generatora ne razlikuju se jedan od drugog u dizajnu.
Jezgra statora sastoji se od nekoliko ploča od električnog čelika, međusobno izoliranih i sastavljenih u jednu strukturu (slika 1.). Zavojnice za namotaje postavljene su na utore s unutarnje strane statora.
Za svaku fazu, namot uključuje dvije zavojnice postavljene jedna nasuprot drugoj i spojene u seriju. Takva shema namota naziva se dvopolna.
Ukupno su na statoru ugrađene tri skupine zavojnica (slika 2), s pomakom od 120 stupnjeva. Fazne skupine su međusobno povezane u "zvijezdu" ili "trokut". Postoje skupine zavojnica s velikim brojem polova. Injekcija 
pomak zavojnice jedan u odnosu na drugi općenito se izračunava formulom (2π / 3) / n, gdje je n broj polova namota.
Rotor generatora je elektromagnet koji pobuđuje izmjenično magnetsko polje u statoru. Za male generatore male snage, obični magneti se često nalaze na rotoru.
.
Za rotor sinkronog generatora potreban je vanjski uzbudnik - generator istosmjerne struje, u najjednostavnijem slučaju, postavljen na istu osovinu kao i rotor.
Pobuđivač mora osigurati promjenu struje u rotoru za regulaciju načina rada i mogućnost brzog gašenja magnetskog polja u slučaju isključivanja u nuždi.
Rotori se dijele na istaknute i neupadljive. Izvedba rotora s istaknutim polovima (slika 3) sastoji se od polova elektromagneta 1 formiranih od polnih svitaka 2 spojenih na jezgru 3. Uzbuda se dovodi do namota preko prstenastih kontakata 4.
Takvi se rotori koriste pri malim brzinama vrtnje, na primjer, u hidrauličkim turbinama. Bržom rotacijom osovine nastaju značajne centrifugalne sile koje mogu uništiti rotor.
U ovom slučaju se koriste rotori bez istaknutih polova (slika 4). Neizraženi rotor sadrži utore 1 formirane u jezgri 2. Namoti rotora su učvršćeni u žljebovima (nisu prikazani na slici 4). Vanjska se pobuda također prenosi preko kontakata 3. Dakle, rotor s implicitnim polovima je stator "iznutra prema van". 
Magnetno bipolarno polje rotirajućeg rotora može se zamijeniti sličnim poljem stalnog magneta koji rotira kutnom brzinom rotora. Smjer struje u svakom namotu određen je pravilom kardana.
Ako je struja, na primjer, usmjerena od početka namota A do točke X, tada će se takva struja konvencionalno uzeti kao pozitivna (slika 5). Kada se rotor okreće, u namotu statora javlja se izmjenična struja s faznim pomakom od 2 π / 3. 
Da biste povezali promjenu struje faze A s grafikonom, razmotrite rotaciju u smjeru kazaljke na satu. U početnom trenutku vremena magnetsko polje rotora ne stvara struju u skupini zavojnica faze A, (slika 6, pozicija a).
U namotu faze B djeluju negativne struje (od kraja namota do početka), a u namotu faze C pozitivne struje. Daljnjom rotacijom rotor se pomiče za 90 stupnjeva udesno (slika 6, b). Struja u namotu A zauzima maksimalnu pozitivnu vrijednost, au faznim namotima B i C - srednju negativnu.
Magnetno polje rotora pomaknuto je za još jednu četvrtinu perioda, rotor je pomaknut za 180 stupnjeva (slika 6, c). Struja u namotu A opet doseže nulu, u namotu B je pozitivna, u namotu faze C negativna.
Daljnjom rotacijom rotora u točki, fazna struja u namotu A doseže maksimalnu negativnu vrijednost, struja u namotima B i C je pozitivna (slika 6, d). Daljnja rotacija rotora ponavlja sve prethodne faze.
Sinkroni generatori su dizajnirani za spajanje opterećenja s visokim faktorom snage (cosϕ> 0,8). S povećanjem induktivne komponente opterećenja javlja se učinak demagnetiziranja rotora, što dovodi do smanjenja napona na stezaljkama.
Da bi se to nadoknadilo, potrebno je povećati struju uzbude, što dovodi do povećanja temperature namota. Kapacitivno opterećenje, s druge strane, povećava magnetizaciju rotora i povećava napon.
Jednofazni generatori se ne koriste široko u industriji. Da bi se dobila jednofazna struja, fazni namoti trofaznih spojeni su u zajednički krug. U ovom slučaju postoje mali gubici snage u usporedbi s trofaznim prebacivanjem.
Napišite komentare, dodatke na članak, možda sam nešto propustio. Pogledajte, bit će mi drago ako nađete još nešto korisno na mom.
