Generatore DC trifase. Il principio del generatore

Inoltre, ci sono generatori che funzionano. Strutturalmente, non sono diversi dalla benzina, ad eccezione del sistema di alimentazione: al posto del carburatore, sono dotati di un riduttore per regolare la pressione del gas e di un ugello calibrato che fornisce gas al collettore di aspirazione. Allo stesso tempo, tali generatori come fonte di carburante possono utilizzare non solo una bottiglia con gas liquefatto, ma anche una rete di gas: in questo caso, i costi del carburante diventano minimi. Lo svantaggio di tali generatori è la bassa mobilità (una bombola del gas è più grande e più pesante di un serbatoio di gas, che, inoltre, può essere rifornito direttamente sul posto), nonché un aumento del rischio di incendio, soprattutto in caso di operazioni analfabeti. Tuttavia, come fonte in una casa collegata alla rete del gas, questa è una buona opzione: non è necessario preoccuparsi di mantenere il livello e la qualità del carburante nel serbatoio del gas e la risorsa del motore durante il funzionamento a gas è superiore a durante il funzionamento a benzina.

La corrente elettrica è il principale tipo di energia che svolge un lavoro utile in tutte le sfere della vita umana. Mette in moto vari meccanismi, dà luce, riscalda le case e ravviva tutta una varietà di dispositivi che assicurano la nostra confortevole esistenza sul pianeta. In verità, questo tipo di energia è universale. Tutto può essere ottenuto da esso, e anche una grande distruzione con un uso inetto.

Ma c'è stato un tempo in cui gli effetti elettrici erano ancora presenti in natura, ma non aiutavano in alcun modo gli umani. Cosa è cambiato da allora? Le persone hanno iniziato a studiare i fenomeni fisici e hanno inventato macchine interessanti: convertitori che, in generale, hanno fatto un salto rivoluzionario nella nostra civiltà, consentendo a una persona di ricevere un'energia da un'altra.

Così le persone hanno imparato a generare elettricità da metalli ordinari, magneti e movimenti meccanici, tutto qui. Sono stati costruiti generatori in grado di erogare enormi flussi di energia, calcolati in megawatt. Ma è interessante notare che il principio di funzionamento di queste macchine non è così complicato e potrebbe essere comprensibile anche per un adolescente. Che cos'è Cerchiamo di capire questo problema.

Effetto di induzione elettromagnetica

La base per la comparsa di una corrente elettrica in un conduttore è una forza elettromotrice - EMF. È in grado di far muovere le particelle cariche, che sono molte in qualsiasi metallo. Questa forza appare solo se il conduttore subisce un cambiamento nell'intensità del campo magnetico. L'effetto stesso è chiamato induzione elettromagnetica. L'EMF è tanto maggiore quanto maggiore è la velocità di variazione del flusso delle onde magnetiche. Cioè, puoi spostare un conduttore vicino a un magnete permanente o influenzare un filo fisso con il campo di un elettromagnete, cambiando la sua forza, l'effetto sarà lo stesso: una corrente elettrica apparirà nel conduttore.

Gli scienziati Oersted e Faraday hanno lavorato su questo problema nella prima metà del XIX secolo. Hanno anche scoperto questo fenomeno fisico. Successivamente, sono stati creati generatori di corrente e motori elettrici sulla base dell'induzione elettromagnetica. È interessante notare che queste macchine possono essere facilmente convertite l'una nell'altra.

Come funzionano i generatori DC e AC

È chiaro che un generatore di corrente elettrica è una macchina elettromeccanica che genera corrente. Ma in realtà è un convertitore di energia: vento, acqua, calore, qualsiasi cosa nell'EMF, che già provoca una corrente nel conduttore. Il dispositivo di qualsiasi generatore non è fondamentalmente diverso da un circuito conduttore chiuso che ruota tra i poli di un magnete, come nei primi esperimenti degli scienziati. Solo molto maggiore è l'entità del flusso magnetico creato da potenti magneti permanenti o più spesso elettrici. Il circuito chiuso ha la forma di un avvolgimento multigiro, di cui in un generatore moderno non ce n'è uno, ma almeno tre. Tutto questo viene fatto per ottenere il più grande EMF possibile.

Un alternatore elettrico standard (o corrente continua) è costituito da:

• alloggiamenti... Svolge la funzione di un telaio, all'interno del quale è fissato uno statore con poli dell'elettromagnete. Contiene cuscinetti volventi dell'albero del rotore. È realizzato in metallo e protegge l'intero interno della macchina.
• Statore con poli magnetici. Su di esso è fissato un avvolgimento di eccitazione del flusso magnetico. È realizzato in acciaio ferromagnetico.
• Rotore o armatura. Questa è la parte mobile del generatore, il cui albero è azionato da una forza esterna in movimento rotatorio. Un avvolgimento di autoeccitazione si trova sul nucleo dell'armatura, dove viene generata una corrente elettrica.
• Nodo di commutazione. Questo elemento strutturale serve a deviare l'elettricità dall'albero mobile del rotore. Include anelli conduttivi che sono collegati in modo mobile ai contatti del collettore di grafite.

Generazione DC

In un generatore che produce corrente continua, l'anello conduttore ruota nello spazio di saturazione magnetica. Inoltre, per un certo momento di rotazione, ciascuna metà del circuito è vicina all'uno o all'altro polo. Durante questo mezzo giro, la carica nel conduttore si muove in una direzione.

Per ottenere la rimozione delle particelle è stato realizzato un meccanismo di rimozione dell'energia. La sua particolarità è che ciascuna metà dell'avvolgimento (telaio) è collegata a un semianello conduttivo. I semianelli non sono chiusi tra loro, ma sono fissati su un materiale dielettrico. Durante il periodo in cui una parte dell'avvolgimento inizia a passare un certo polo, il semianello viene chiuso nel circuito elettrico da gruppi di contatti a spazzole. Si scopre che a ciascun terminale arriva un solo tipo di potenziale.

È più corretto chiamare energia non costante, ma pulsante, con polarità costante. L'ondulazione è causata dal fatto che il flusso magnetico sul conduttore durante la rotazione ha un effetto sia massimo che minimo. Per uniformare questa ondulazione, vengono utilizzati diversi avvolgimenti sul rotore e potenti condensatori all'ingresso del circuito. Per ridurre la perdita di flusso magnetico, il divario tra l'armatura e lo statore è ridotto al minimo.

Circuito dell'alternatore

Quando la parte mobile del dispositivo generatore di corrente ruota, l'EMF viene indotto anche nei conduttori del telaio, come nel generatore CC. Ma una piccola caratteristica: il dispositivo alternatore dell'unità di raccolta ne ha uno diverso. In esso, ogni terminale è collegato al proprio anello conduttivo.

Il principio di funzionamento dell'alternatore è il seguente: quando metà dell'avvolgimento passa vicino a un polo (l'altro, rispettivamente, vicino al polo opposto), la corrente si sposta nel circuito in una direzione dal suo valore minimo al suo valore più alto e di nuovo a zero. Non appena gli avvolgimenti cambiano la loro posizione rispetto ai poli, la corrente inizia a muoversi nella direzione opposta con lo stesso schema.

In questo caso, all'ingresso del circuito, si ottiene una forma del segnale sotto forma di una sinusoide con una frequenza di semionda corrispondente al periodo di rotazione dell'albero del rotore. Per ottenere un segnale stabile in uscita, dove la frequenza dell'alternatore è costante, il periodo di rotazione della parte meccanica deve essere costante.

tipo di gas

I progetti di generatori di corrente, in cui invece di un telaio metallico, plasma conduttivo, liquido o gas vengono utilizzati come portatore di carica, sono chiamati generatori MHD. Le sostanze sotto pressione vengono spinte in un campo magnetico. Sotto l'influenza dello stesso EMF di induzione, le particelle cariche acquisiscono un movimento direzionale, creando una corrente elettrica. L'entità della corrente è direttamente proporzionale alla velocità di passaggio attraverso il flusso magnetico, nonché alla sua potenza.

I generatori MHD hanno una soluzione di design più semplice: non hanno un meccanismo di rotazione del rotore. Tali alimentatori sono in grado di fornire grandi quantità di energia in brevi periodi di tempo. Sono utilizzati come dispositivi di backup e in situazioni di emergenza. Il coefficiente che determina l'efficienza (efficienza) di queste macchine è superiore a quello di un alternatore elettrico.

Alternatore sincrono

Esistono questi tipi di alternatori:

• Macchine sincrone.
• Macchine asincrone.

Un alternatore sincrono ha una stretta relazione fisica tra il movimento di rotazione del rotore e l'elettricità. In tali sistemi, il rotore è un elettromagnete composto da nuclei, poli e avvolgimenti di campo. Questi ultimi sono alimentati da una sorgente di corrente continua tramite spazzole e contatti ad anello. Lo statore, d'altra parte, è una bobina di filo, interconnessa secondo il principio di una stella con un punto comune: zero. In essi è già indotto un campo elettromagnetico e viene generata una corrente.

L'albero del rotore è azionato da una forza esterna, solitamente turbine, la cui frequenza è sincronizzata e costante. Il circuito elettrico collegato a un tale generatore è un circuito trifase, la cui frequenza della corrente in una linea separata è spostata di una fase di 120 gradi rispetto ad altre linee. Per ottenere una sinusoide corretta, la direzione del flusso magnetico nello spazio tra le parti dello statore e del rotore è controllata dal design di quest'ultimo.

L'alternatore viene eccitato con due metodi:

1. Contatto.
2. Senza contatto.

Nel circuito di eccitazione del contatto, l'elettricità da un altro generatore viene fornita agli avvolgimenti dell'elettromagnete attraverso una coppia di spazzole. Questo generatore può essere combinato con l'albero principale. Di solito è meno potente, ma sufficiente per creare un forte campo magnetico.

Il principio senza contatto prevede che un alternatore sincrono sull'albero abbia avvolgimenti trifase aggiuntivi, in cui l'EMF viene indotto durante la rotazione e viene generata elettricità. Viene alimentato attraverso un circuito raddrizzatore alle bobine di eccitazione del rotore. Strutturalmente, un tale sistema non ha contatti mobili, il che semplifica il sistema, rendendolo più affidabile.

Generatore asincrono

C'è un alternatore asincrono. Il suo dispositivo è diverso da quello sincrono. Non esiste una dipendenza esatta dell'EMF dalla frequenza con cui ruota l'albero del rotore. C'è una cosa come "S slip" che caratterizza questa differenza di influenza. La quantità di scorrimento è determinata dal calcolo, quindi è sbagliato pensare che non ci sia regolarità nel processo elettromeccanico in un motore a induzione.

Se il generatore, che è al minimo, viene caricato, la corrente che scorre negli avvolgimenti creerà un flusso magnetico che impedisce al rotore di ruotare a una data frequenza. È così che si forma lo slittamento, che influisce naturalmente sulla generazione di campi elettromagnetici.

Un moderno alternatore asincrono della parte mobile ha tre diversi design:

1. Rotore cavo.
2. Rotore a gabbia di scoiattolo.
3. Rotore di fase.

Tali macchine possono avere eccitazione autonoma e indipendente. Il primo schema è implementato includendo condensatori e convertitori a semiconduttore nell'avvolgimento. Un tipo di eccitazione indipendente viene creato da una fonte CA aggiuntiva.

Schemi elettrici del generatore

Tutti gli alimentatori per linee di trasmissione ad alta potenza generano corrente elettrica trifase. Contengono tre avvolgimenti in cui si formano correnti alternate con sfasamento l'uno dall'altro di 1/3 del periodo. Se consideriamo ogni singolo avvolgimento di tale fonte di alimentazione, otteniamo una corrente alternata monofase che entra nella linea. Un generatore può generare decine di migliaia di volt. il consumatore riceve dal trasformatore di distribuzione.

Qualsiasi alternatore ha un dispositivo di avvolgimento standard, ma esistono due tipi di connessione al carico:

• stella;
• triangolo.

Il principio di funzionamento di un alternatore collegato a stella prevede la combinazione di tutti i fili (neutri) in uno, che vanno dal carico al generatore. Ciò è dovuto al fatto che il segnale (corrente elettrica) viene trasmesso principalmente attraverso il filo di avvolgimento in uscita (lineare), che è chiamato fase. In pratica, questo è molto conveniente, perché non è necessario tirare tre fili aggiuntivi per collegare il consumatore. La tensione tra i fili di linea e i fili di linea e neutro sarà diversa.

Collegando gli avvolgimenti del generatore con un triangolo, sono chiusi l'uno con l'altro in serie in un circuito. Dai punti della loro connessione, le linee sono disegnate al consumatore. Quindi un filo neutro non è affatto necessario e la tensione su ciascuna linea sarà la stessa indipendentemente dal carico.

Il vantaggio della corrente trifase rispetto alla monofase è il suo ripple inferiore quando rettificato. Ciò ha un effetto positivo sui dispositivi alimentati, in particolare sui motori CC. Inoltre, una corrente trifase crea un flusso di campo magnetico rotante, che è in grado di pilotare potenti motori a induzione.

Dove sono applicabili generatori CC e CA

I generatori DC sono significativamente più piccoli e leggeri delle macchine AC. Avendo un design più complesso di quest'ultimo, hanno comunque trovato applicazione in molti settori.

Sono utilizzati principalmente come azionamenti ad alta velocità in macchine in cui è richiesto il controllo della velocità, ad esempio nei meccanismi di lavorazione dei metalli, nei montacarichi delle miniere e nei laminatoi. Nel trasporto, tali generatori sono installati su locomotive diesel e varie navi. Molti modelli di generatori eolici sono assemblati sulla base di sorgenti a tensione costante.

Generatori DC speciali sono utilizzati nella saldatura, per eccitare gli avvolgimenti di generatori sincroni, come amplificatori DC, per alimentare impianti galvanici ed elettrolisi.

Lo scopo dell'alternatore è generare elettricità su scala industriale. Questo tipo di energia è stato presentato all'umanità da Nikola Tesla. Perché è una corrente di inversione di polarità, e non una costante, che ha trovato largo impiego? Ciò è dovuto al fatto che quando si trasmette una tensione costante, ci sono grandi perdite nei fili. E più lungo è il filo, maggiori sono le perdite. La tensione CA può essere trasportata su grandi distanze a un costo molto inferiore. Inoltre, puoi facilmente convertire una tensione alternata (abbassandola e aumentandola), che è stata prodotta da un generatore di 220 V.

Conclusione

L'uomo non ha pienamente compreso ciò che pervade tutto ciò che lo circonda. E l'energia elettrica è solo una piccola parte dei segreti aperti dell'universo. Le macchine che chiamiamo generatori di energia sono intrinsecamente molto semplici, ma quello che possono darci è semplicemente fantastico. Eppure il vero miracolo qui non è nella tecnologia, ma nel pensiero umano, che è riuscito a penetrare nell'inesauribile serbatoio di idee versato nello spazio!

Alternatore ad induzione. Negli alternatori a induzione, l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica. Un generatore di induzione è costituito da due parti: una mobile, chiamata rotore, e una fissa, chiamata statore. L'azione del generatore si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica. I generatori di induzione hanno un dispositivo relativamente semplice e consentono di ottenere correnti elevate a una tensione sufficientemente elevata. Ci sono molti tipi di generatori a induzione al giorno d'oggi, ma sono tutti costituiti dalle stesse parti di base. Questo è, in primo luogo, un elettromagnete o un magnete permanente che crea un campo magnetico e, in secondo luogo, un avvolgimento costituito da spire collegate in serie, in cui viene indotta una forza elettromotrice alternata. Poiché le forze elettromotrici indotte nelle spire collegate in serie si sommano, l'ampiezza della forza elettromotrice di induzione nell'avvolgimento è proporzionale al numero di spire in esso.

Riso. 6.9

Il numero di linee di forza che penetrano in ogni anello cambia continuamente dal valore massimo quando si trova attraverso il campo a zero quando le linee di forza scorrono lungo l'anello. Di conseguenza, quando la bobina ruota tra i poli del magnete, ogni mezzo giro la direzione della corrente cambia al contrario e nella bobina appare una corrente alternata. La corrente viene deviata al circuito esterno mediante contatti striscianti. Per questo, gli anelli collettori sono attaccati all'asse di avvolgimento e attaccati alle estremità dell'avvolgimento. Le piastre fisse - spazzole - vengono premute contro gli anelli e collegano l'avvolgimento con il circuito esterno (Fig. 6.9).

Lascia che una bobina di filo ruoti in un campo magnetico uniforme con una velocità angolare costante. Il flusso magnetico che permea la bobina cambia per legge, qui SÈ l'area del ciclo. Secondo la legge di Faraday, la forza elettromotrice di induzione è indotta nell'avvolgimento, che è determinata come segue:

dove n- il numero di spire nell'avvolgimento. Pertanto, la forza elettromotrice di induzione nell'avvolgimento cambia secondo una legge sinusoidale ed è proporzionale al numero di spire nell'avvolgimento e alla frequenza di rotazione.

Nell'esperimento con un avvolgimento rotante, lo statore è un magnete e dei contatti, tra i quali è posizionato l'avvolgimento. Nei grandi generatori industriali ruota un elettromagnete, che è un rotore, mentre gli avvolgimenti, nei quali viene indotta la forza elettromotrice, sono disposti nelle cave dello statore e rimangono fermi. Nelle centrali termiche, le turbine a vapore vengono utilizzate per ruotare il rotore. Le turbine, a loro volta, sono azionate da getti di vapore acqueo prodotti in enormi caldaie a vapore bruciando carbone o gas (centrali termiche) o materia in decomposizione (centrali nucleari). Le centrali idroelettriche utilizzano turbine ad acqua per ruotare il rotore, che ruota con l'acqua che cade da una grande altezza.

I generatori elettrici svolgono un ruolo fondamentale nello sviluppo della nostra civiltà tecnologica, poiché consentono di ricevere energia in un luogo e utilizzarla in un altro. Una macchina a vapore, ad esempio, può convertire l'energia della combustione del carbone in lavoro utile, ma questa energia può essere utilizzata solo dove sono installati un forno a carbone e una caldaia a vapore. Una centrale elettrica può essere situata molto lontano dai consumatori di elettricità e, tuttavia, fornirla a fabbriche, case, ecc.

Dicono (molto probabilmente, questa è solo una bella fiaba) che Faraday ha mostrato un prototipo di generatore elettrico a John Peel, il Cancelliere del Tesoro britannico, e ha chiesto allo scienziato: "Va bene, signor Faraday, tutto questo è molto interessante, ma a che serve tutto questo?"

"Come si usa? - Faraday era presumibilmente sorpreso. - Sì, lo sa, signore, quante tasse porterà questa cosa all'erario?!

Trasformatore.

Trasformatore. La forza elettromotrice dei potenti generatori di centrali elettriche è grande, mentre l'uso pratico dell'elettricità richiede solitamente tensioni non molto elevate e la trasmissione di energia, al contrario, è molto elevata.

Per ridurre le perdite per il riscaldamento dei fili, è necessario ridurre la corrente nella linea di trasmissione e, quindi, aumentare la tensione per risparmiare energia. La tensione generata dai generatori (normalmente intorno ai 20 kV) viene aumentata a 75 kV, 500 kV e anche 1,15 MV, a seconda della lunghezza della linea di trasmissione. Aumentando la tensione da 20 a 500 kV, ovvero 25 volte, le perdite nella linea si riducono di 625 volte.

La conversione della corrente alternata di una certa frequenza, in cui la tensione aumenta o diminuisce più volte senza praticamente alcuna perdita di potenza, viene effettuata da un dispositivo elettromagnetico che non ha parti mobili: un trasformatore elettrico. Il trasformatore è un elemento importante di molti dispositivi e meccanismi elettrici. Caricabatterie e ferrovie giocattolo, radio e televisori: i trasformatori sono ovunque per aumentare o aumentare le tensioni. Tra loro ci sono sia molto piccoli, non più di un pisello, sia veri colossi che pesano centinaia di tonnellate o più.

Riso. 6.10

Il trasformatore è costituito da un circuito magnetico, che è un insieme di piastre, solitamente realizzate in materiale ferromagnetico (Fig. 6.10). Ci sono due avvolgimenti sul circuito magnetico: primario e secondario. Quello degli avvolgimenti che è collegato a una sorgente di tensione alternata è chiamato primario e quello a cui è collegato il "carico", cioè i dispositivi che consumano elettricità, è chiamato secondario. Il ferromagnete aumenta il numero di linee di forza del campo magnetico di circa 10.000 volte e localizza al suo interno il flusso di induzione magnetica, grazie al quale gli avvolgimenti del trasformatore possono essere separati spazialmente e rimanere ancora accoppiati induttivamente.

L'azione del trasformatore si basa sui fenomeni di mutua induzione e autoinduzione. L'induzione tra avvolgimento primario e secondario è reciproca, cioè la corrente che scorre nell'avvolgimento secondario induce una forza elettromotrice nel primario, così come l'avvolgimento primario induce una forza elettromotrice nel secondario. Inoltre, poiché le spire dell'avvolgimento primario coprono le proprie linee di forza, in esse sorge una forza elettromotrice di autoinduzione. La forza elettromotrice di autoinduzione si osserva anche nell'avvolgimento secondario.

Lascia che l'avvolgimento primario sia collegato a una sorgente di corrente alternata con una forza elettromotrice, in modo che si presenti una corrente alternata, creando un flusso magnetico alternato nel circuito magnetico del trasformatore ? , che è concentrato all'interno del nucleo magnetico e permea tutte le spire degli avvolgimenti primario e secondario.

In assenza di carico esterno, la potenza rilasciata nel trasformatore è vicina allo zero, ovvero l'intensità della corrente è vicina allo zero. Applichiamo la legge di Ohm al circuito primario: la somma della forza di induzione elettromotrice e della tensione nel circuito è uguale al prodotto dell'intensità della corrente per la resistenza. Supponendo che possiamo scrivere:, quindi, , dove F- il flusso che penetra in ogni spira della bobina primaria. In un trasformatore ideale, tutte le linee di forza passano attraverso tutte le spire di entrambi gli avvolgimenti e, poiché il campo magnetico variabile genera la stessa forza elettromotrice in ciascuna spira, la forza elettromotrice totale indotta nell'avvolgimento è proporzionale al numero totale delle sue spire. Quindi, .

Il rapporto di trasformazione della tensione è uguale al rapporto tra la tensione nel circuito secondario e la tensione nel circuito primario. Per i valori di ampiezza delle tensioni sugli avvolgimenti si può scrivere:

Pertanto, il rapporto di trasformazione è definito come il rapporto tra il numero di spire dell'avvolgimento secondario e il numero di spire dell'avvolgimento primario. Se il coefficiente, il trasformatore sarà un aumento e se - un passo indietro.

Le relazioni di cui sopra, in senso stretto, sono applicabili solo a un trasformatore ideale, in cui non ci sono perdite di flusso magnetico e non ci sono perdite di energia per il calore Joule. Tali perdite possono essere associate alla presenza di resistenza attiva degli avvolgimenti stessi e al verificarsi di correnti di induzione (correnti di Foucault) nel nucleo.

Toki Foucault.

Toki Foucault. Le correnti di induzione possono verificarsi anche in conduttori solidi solidi. In questo caso, nello spessore del conduttore stesso si forma un circuito di corrente ad induzione chiuso quando si muove in un campo magnetico o sotto l'influenza di un campo magnetico alternato. Queste correnti prendono il nome dal fisico francese J.B.L. Foucault, che nel 1855 scoprì il riscaldamento dei nuclei ferromagnetici delle macchine elettriche e di altri corpi metallici in un campo magnetico alternato e spiegò questo effetto con l'eccitazione delle correnti di induzione. Queste correnti sono attualmente chiamate correnti parassite o correnti di Foucault.

Se il nucleo di ferro si trova in un campo magnetico alternato, allora sotto l'azione di un campo elettrico di induzione, vengono indotte correnti parassite interne - correnti di Foucault, che portano al suo riscaldamento. Poiché la forza elettromotrice di induzione è sempre proporzionale alla frequenza delle oscillazioni del campo magnetico, e la resistenza dei conduttori massicci è piccola, ad alta frequenza, nei conduttori verrà rilasciata una grande quantità di calore, secondo il Joule- legge di Lenz.

In molti casi, le correnti di Foucault sono indesiderabili, quindi è necessario adottare misure speciali per ridurle. In particolare, queste correnti provocano il riscaldamento dei nuclei ferromagnetici dei trasformatori e delle parti metalliche delle macchine elettriche. Per ridurre la perdita di energia elettrica dovuta al verificarsi di correnti parassite, i nuclei dei trasformatori non sono costituiti da un pezzo solido di ferromagnete, ma da piastre metalliche separate, isolate l'una dall'altra da uno strato dielettrico.

Riso. 6.11

Le correnti parassite sono ampiamente utilizzate per la fusione dei metalli nei cosiddetti forni a induzione (Fig. 6.11), per il riscaldamento e la fusione di grezzi metallici, per l'ottenimento di leghe e composti metallici altamente puri. Per questo, il pezzo metallico viene posto in un forno a induzione (un solenoide attraverso il quale viene fatta passare una corrente alternata). Quindi, secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, all'interno del metallo sorgono correnti di induzione, che riscaldano il metallo e possono fonderlo. Creando il vuoto nel forno e applicando il riscaldamento per levitazione (in questo caso le forze del campo elettromagnetico non solo riscaldano il metallo, ma lo mantengono anche sospeso al di fuori del contatto con la superficie della camera), si ottengono metalli e leghe di elevata purezza.

Un alternatore o generatore DC è un dispositivo per generare elettricità convertendo energia meccanica.

Che aspetto ha un alternatore

Come funziona un alternatore? Una corrente viene generata in un conduttore da un campo magnetico. È conveniente generare corrente ruotando un telaio rettangolare elettricamente conduttivo in un campo stazionario o un magnete permanente al suo interno.

Quando ruota attorno all'asse del campo magnetico da esso creato all'interno del telaio con una velocità angolare ω, i lati verticali del contorno saranno attivi, poiché sono intersecati da linee magnetiche. Non c'è azione sui lati orizzontali coincidenti nella direzione con il campo magnetico. Pertanto, in essi non viene indotta corrente.

Che aspetto ha un generatore con rotore magnetico?

EMF nel frame sarà:

e = 2 si max lv peccato t,

si max- induzione massima, T;

io- altezza telaio, m;

v- velocità del fotogramma, m/s;

t - tempo, s.

Pertanto, dall'azione del campo magnetico variabile nel conduttore, viene indotto un EMF alternato.

Per un gran numero di giri w esprimendo la formula in termini di portata massima F m, otteniamo la seguente espressione:

e = wF m peccato ω T.

Il principio di funzionamento di un altro tipo di alternatore si basa sulla rotazione di un telaio conduttivo tra due magneti permanenti con poli opposti. L'esempio più semplice è mostrato nella figura sottostante. La tensione che appare in esso viene rimossa dagli anelli di contatto.

Generatore di corrente a magneti permanenti

L'uso del dispositivo non è molto comune a causa del carico dei contatti mobili con una grande corrente che passa attraverso il rotore. Anche il design della prima versione data li contiene, ma attraverso di essi viene fornita molta meno corrente continua attraverso le spire dell'elettromagnete rotante e l'alimentazione principale viene rimossa dall'avvolgimento dello statore stazionario.

Generatore sincrono

Una caratteristica del dispositivo è l'uguaglianza tra la frequenza F, indotto nell'EMF dello statore e nella velocità del rotore ω :

= 60 ∙F/ P giri/min,

dove P- il numero di coppie di poli nell'avvolgimento dello statore.

Il generatore sincrono crea un EMF nell'avvolgimento dello statore, il cui valore istantaneo è determinato dall'espressione:

e = 2π B max LwDn sinω T,

dove io e D- lunghezza e diametro interno del nucleo statorico.

Il generatore sincrono produce una tensione con caratteristica sinusoidale. Quando è collegato ai suoi terminali C 1, C 2, C 3 consumatori, una corrente monofase o trifase scorre attraverso il circuito, il circuito è al di sotto.

Circuito generatore sincrono trifase

L'azione del carico elettrico variabile modifica anche il carico meccanico. Ciò aumenta o diminuisce la velocità di rotazione, determinando una variazione di tensione e frequenza. Per evitare che si verifichi un tale cambiamento, le caratteristiche elettriche vengono mantenute automaticamente ad un livello predeterminato attraverso retroazioni di tensione e corrente sull'avvolgimento del rotore. Se il rotore del generatore è costituito da un magnete permanente, ha una capacità limitata di stabilizzare i parametri elettrici.

Il rotore è costretto a ruotare. Una corrente di induzione viene fornita al suo avvolgimento. Nello statore, il campo magnetico del rotore, ruotando alla stessa velocità, induce 3 campi elettromagnetici alternati con uno sfasamento.

Il flusso magnetico principale del generatore è creato dall'azione della corrente continua che passa attraverso l'avvolgimento del rotore. Il potere può provenire da un'altra fonte. Anche il metodo di autoeccitazione è comune, quando una piccola parte della corrente alternata viene prelevata dall'avvolgimento dello statore e passa attraverso l'avvolgimento del rotore dopo il pre-raddrizzamento. Il processo si basa sul magnetismo residuo, sufficiente per avviare il generatore.

I principali dispositivi che generano quasi tutta l'elettricità mondiale sono i generatori idroelettrici sincroni o le turbine.

Generatore asincrono

Il dispositivo di un generatore di corrente alternata di tipo asincrono differisce nella differenza nella frequenza di rotazione dell'EMF ω e rotore ω R. Si esprime attraverso un coefficiente detto scorrimento:

s = (ω - ω r) / .

In modalità operativa, il campo magnetico rallenta la rotazione dell'armatura e la sua frequenza è inferiore.

Un motore asincrono può funzionare in modalità generatore se ω r> ω, quando la corrente cambia direzione e l'energia viene restituita alla rete. Qui il momento elettromagnetico diventa decelerante. L'uso di questa proprietà è comune durante l'abbassamento dei carichi o nei veicoli elettrici.

Un generatore asincrono viene scelto quando i requisiti elettrici non sono molto elevati. In presenza di sovraccarichi di spunto, è preferibile un generatore sincrono.

Il dispositivo di un generatore di auto non è diverso da quello convenzionale che genera una corrente elettrica. Genera corrente alternata, che viene poi raddrizzata.

Che aspetto ha un generatore di auto?

Il design consiste in un rotore elettromagnetico che ruota in due cuscinetti azionati da una puleggia. Ha un solo avvolgimento, con alimentazione in corrente continua tramite 2 anelli di rame e spazzole di grafite.

Il relè-regolatore elettronico mantiene una tensione stabile di 12V, indipendente dalla velocità di rotazione.

Circuito generatore automobilistico

La corrente dalla batteria va all'avvolgimento del rotore attraverso il regolatore di tensione. Il momento di rotazione viene trasmesso ad esso attraverso la puleggia e l'EMF viene indotto nelle spire dell'avvolgimento dello statore. La corrente trifase generata viene rettificata da diodi. Il mantenimento di una tensione di uscita costante viene eseguito da un regolatore che controlla la corrente di eccitazione.

Quando il motore si alza, la corrente di eccitazione diminuisce, il che aiuta a mantenere una tensione di uscita costante.

Generatore classico

La struttura contiene un motore a combustibile liquido che fa ruotare il generatore. La velocità del rotore deve essere stabile, altrimenti la qualità della produzione di energia elettrica diminuisce. Quando il generatore è usurato, la velocità di rotazione si riduce, il che rappresenta uno svantaggio significativo del dispositivo.

Se il carico sul generatore è inferiore al carico nominale, sarà parzialmente al minimo, consumando carburante in eccesso.

Pertanto, al momento dell'acquisto, è importante effettuare un calcolo accurato della potenza richiesta in modo che venga caricato correttamente. È vietato un carico inferiore al 25%, poiché ciò influisce sulla sua durata. Tutte le possibili modalità operative che devono essere osservate sono indicate nei passaporti.

Molti tipi di modelli classici hanno prezzi ragionevoli, alta affidabilità e un'ampia gamma di potenza. È importante caricarlo correttamente e farlo controllare in tempo. La figura seguente mostra i modelli di generatori a benzina e diesel.

Generatore classico: a) - generatore a benzina, b) - generatore diesel

Generatore diesel

Il generatore aziona un motore diesel. Il motore a combustione interna è costituito da una parte meccanica, un pannello di controllo, un sistema di alimentazione, raffreddamento e lubrificazione del carburante. La potenza del generatore dipende dalla potenza del motore a combustione interna. Se è richiesto piccolo, ad esempio per elettrodomestici, è consigliabile utilizzare un generatore a benzina. I generatori diesel vengono utilizzati ovunque sia necessaria più potenza.

Gli ICE sono utilizzati nella maggior parte dei casi con valvole in testa. Sono più compatti, più affidabili, facili da riparare ed emettono meno rifiuti tossici.

Preferiscono scegliere un generatore con una custodia in metallo, poiché la plastica è meno resistente. I dispositivi senza spazzole sono più durevoli e la tensione generata è più stabile.

La capacità del serbatoio del carburante garantisce il funzionamento ad un rifornimento per non più di 7 ore. Nelle installazioni fisse viene utilizzato un serbatoio esterno di grande volume.

Generatore di gas

Come fonte di energia meccanica, il più comune è un motore a carburatore a quattro tempi. Per la maggior parte vengono utilizzati modelli da 1 a 6 kW. Esistono dispositivi fino a 10 kW, in grado di fornire una casa di campagna a un certo livello. I prezzi dei generatori a benzina sono accettabili e la risorsa è abbastanza sufficiente, anche se inferiore a quella di quelli diesel.

Il generatore viene selezionato in base ai carichi.

Per correnti di avviamento elevate e uso frequente della saldatura elettrica, è meglio utilizzare un generatore sincrono. Se prendi un generatore asincrono più potente, farà fronte alle correnti di spunto. Tuttavia, è importante qui che sia caricato, altrimenti la benzina verrà consumata in modo irrazionale.

Generatore inverter

Le macchine vengono utilizzate ovunque sia richiesta elettricità di alta qualità. Possono funzionare continuamente o ad intervalli. Gli oggetti del consumo energetico qui sono istituzioni in cui non sono consentiti picchi di corrente.

La base di un generatore di inverter è un'unità elettronica, che consiste in un raddrizzatore, un microprocessore e un convertitore.

Schema a blocchi di un generatore inverter

La generazione di energia inizia allo stesso modo del modello classico. Innanzitutto viene generata una corrente alternata, che viene poi raddrizzata e alimentata all'inverter, dove si trasforma nuovamente in corrente alternata, con i parametri desiderati.

I tipi di generatori inverter differiscono nella natura della tensione di uscita:

• rettangolare: il più economico, in grado di alimentare solo utensili elettrici;
• impulso trapezoidale - adatto a molti dispositivi, ad eccezione delle apparecchiature sensibili (categoria di prezzo medio);
• tensione sinusoidale - caratteristiche stabili, adatta a tutti gli apparecchi elettrici (prezzo più alto).

I vantaggi dei generatori inverter:

• dimensioni e peso ridotti;
• basso consumo di carburante dovuto alla regolazione della generazione della quantità di elettricità di cui i consumatori hanno bisogno al momento;
• possibilità di lavoro a breve termine con sovraccarico.

Gli svantaggi sono prezzi elevati, sensibilità alle variazioni di temperatura della parte elettronica, bassa potenza. Inoltre, è costoso riparare l'unità elettronica.

Il modello di inverter viene selezionato nei seguenti casi:

• il dispositivo viene acquistato solo nei casi in cui un generatore convenzionale non è adatto, poiché il prezzo è elevato;
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