Parimi i funksionimit të gjeneratorëve të ndryshëm të rrymës. Llojet kryesore të alternatorëve

Rryma alternative është forca lëvizëse e shumë industrive dhe transportit, në veçanti, makinave. Ka modele të vogla me madhësi grusht dhe pajisje gjigante disa metra të larta.

Një gjenerator është i njëjti sistem teknik që konverton energjinë mekanike (kinetike) në energji elektrike. Si funksionon gjeneratori?

Pavarësisht se si është rregulluar gjeneratori, veprimi i tij bazohet në proces induksioni elektromagnetik- shfaqja në një qark të mbyllur të një rryme elektrike nën ndikimin e një fluksi magnetik të modifikuar.

Gjeneratori ndahet në mënyrë konvencionale në 2 pjesë: një induktor dhe një armaturë.

Induktori është pjesa e pajisjes ku krijohet fusha magnetike dhe armatura është gjysma ku krijohet forca ose rryma elektromotore.

Struktura e saj teknike mbetet konstante: një mbështjellje teli dhe një magnet.

Një forcë elektromotore gjenerohet në mbështjellje nën ndikimin e një fushe magnetike. Kjo është baza për gjeneratorin. Por një rrymë alternative e fuqishme nuk mund të merret nga një dizajn i tillë primitiv. Konvertimi kërkon një fluks të fortë magnetik.

Për këtë, 2 bërthama çeliku i shtohen mbështjelljes së telit, të cilat përcaktojnë qëllimin dhe strukturën e alternatorit. Këto janë statori dhe rotori. Dredha-dredha që krijon fushën magnetike vendoset në brazdë të një bërthame - ky është statori ose induktori. Ai mbetet i palëvizshëm, ndryshe nga rotori. Statori furnizohet me rrymë të vazhdueshme. Ato janë bipolare ose multipolare.

Rotori, ose gjithashtu armatura, rrotullohet në mënyrë aktive me ndihmën e kushinetave dhe prodhon një forcë elektromotore ose rrymë alternative. Ka një bërthamë të brendshme me tela bakri.

Gjeneratori ka një strehë të fortë metalike me dalje të shumta, në varësi të përdorimit të synuar të pajisjes. Numri i bobinave me tela është i ndryshueshëm.

Ne i kuptojmë tiparet e funksionimit të njësisë

Tani le të zbulojmë se në cilin parim bazohet funksionimi i alternatorëve. Skema e funksionimit është mjaft e thjeshtë dhe e drejtpërdrejtë. Duke pasur parasysh një shpejtësi konstante të rotorit, rryma elektrike do të prodhohet në një rrymë të vetme.

Rrotullimi i rotorit provokon një ndryshim në fluksin magnetik. Nga ana tjetër, fusha elektrike gjeneron pamjen e një rryme elektrike. Nëpërmjet kontakteve me unaza në fund, rryma nga rotori kalon në qarkun elektrik të pajisjes. Unazat kanë veti të mira rrëshqitëse. Ata janë fort në kontakt me furçat, të cilat janë përcjellës të përhershëm, të palëvizshëm midis qarkut elektrik dhe mbështjelljes së telit të bakrit të rotorit.

Ka një rrymë në mbështjelljen e bakrit rreth magnetit, por është shumë e dobët në krahasim me forcën e rrymës elektrike që rrjedh nga rotori përmes qarkut në pajisje.

Për këtë arsye, vetëm një rrymë e dobët e aplikuar në kontaktet e rrëshqitjes përdoret për të rrotulluar rotorin.

Kur montoni një alternator, është shumë e rëndësishme të ruani proporcionet e pjesëve, madhësinë, madhësinë e boshllëqeve, trashësinë e fijeve të telit.
Mund të montoni një alternator nëse keni të gjitha pjesët e nevojshme dhe një sasi të mjaftueshme teli bakri në shtëpinë tuaj. Është mjaft e mundur të bëhet një njësi e vogël. Ose ka udhëzime të hollësishme për përdorim.

Pajisja dhe parimi i funksionimit të alternatorit në video

Gjeneratori i rrymës shndërron energjinë mekanike (kinetike) në energji elektrike. Në industrinë e energjisë elektrike, përdoren vetëm gjeneratorët rrotullues të makinerive elektrike, bazuar në shfaqjen e një force elektromotore (EMF) në një përcjellës, e cila në një farë mënyre ndikohet nga një fushë magnetike në ndryshim. Pjesa e gjeneratorit, e cila është krijuar për të krijuar një fushë magnetike, quhet induktor, dhe pjesa në të cilën induktohet EMF quhet armaturë.

Pjesa rrotulluese e makinës quhet rotor, dhe pjesa e palëvizshme - stator... Në makinat sinkrone AC, induktori është zakonisht rotori, dhe në makinat DC, statori. Në të dyja rastet, induktori është zakonisht një sistem elektromagnetik me dy ose shumëpole i pajisur me një dredha-dredha ngacmuese të furnizuar me rrymë të drejtpërdrejtë (rrymë ngacmuese), por ka edhe induktorë të përbërë nga një sistem magnetësh të përhershëm. Në induksion (asinkron) alternatorët induktori dhe armatura nuk mund të ndryshojnë qartë (strukturalisht) nga njëri-tjetri (mund të themi se statori dhe rotori janë njëkohësisht induktor dhe armaturë).

Më shumë se 95% e energjisë elektrike në termocentralet në botë prodhohet duke përdorur alternatorët sinkron... Me ndihmën e një induktori rrotullues, në këta gjeneratorë krijohet një fushë magnetike rrotulluese, duke shkaktuar një EMF të ndryshueshme në mbështjelljen e statorit (zakonisht trefazore), frekuenca e së cilës përputhet saktësisht me shpejtësinë e rotorit (në sinkron me shpejtësinë e induktorit). . Nëse induktori, për shembull, ka dy pole dhe rrotullohet me një frekuencë prej 3000 r / min (50 r / s), atëherë një EMF alternative me një frekuencë prej 50 Hz induktohet në secilën fazë të mbështjelljes së statorit. Dizajni i një gjeneratori të tillë është thjeshtuar në Fig. 1.

Oriz. 1. Parimi i një gjeneratori sinkron dypolësh. 1 stator (armaturë), 2 rotor (induktor), 3 bosht, 4 strehë. U-X, V-Y, W-Z - pjesë të mbështjelljeve të tre fazave të vendosura në çarjet e statorit

Sistemi magnetik i statorit është një paketë e ngjeshur me fletë çeliku të hollë, në brazda të të cilave ndodhet mbështjellja e statorit. Dredha-dredha përbëhet nga tre faza, të zhvendosura në rastin e një makine dypolëshe në lidhje me njëra-tjetrën me 1/3 e perimetrit të statorit; në mbështjelljet e fazës, pra, EMF-të induktohen, të zhvendosur në lidhje me njëri-tjetrin me 120o. Dredha-dredha e secilës fazë, nga ana tjetër, përbëhet nga mbështjellje me shumë rrotullime të lidhura në seri ose paralelisht. Një nga opsionet më të thjeshta të projektimit për një mbështjellje të tillë trefazore të një gjeneratori dypolësh është thjeshtuar në Fig. 2 (zakonisht numri i mbështjelljeve në secilën fazë është më shumë se sa tregohet në këtë figurë). Ato pjesë të bobinave që janë jashtë brazdave në sipërfaqen e përparme të statorit quhen lidhje fundore.

Oriz. 2. Parimi më i thjeshtë i rregullimit të mbështjelljes së statorit të një gjeneratori sinkron trefazor dypolësh në rastin e dy mbështjelljeve në secilën fazë. 1 skanim i sipërfaqes së sistemit magnetik të statorit, 2 mbështjellje dredha-dredha, U, V, W fillimi i mbështjelljes së fazës, X, Y, Z skajet e mbështjelljes së fazës

Polet e induktorit dhe, në përputhje me këtë, ndarjet e poleve të statorit, mund të jenë më shumë se dy. Sa më ngadalë të rrotullohet rotori, aq më i madh duhet të jetë numri i poleve në një frekuencë të caktuar aktuale. Nëse, për shembull, rotori rrotullohet me një frekuencë prej 300 r/min, atëherë numri i poleve të gjeneratorit, për të marrë një frekuencë të rrymës alternative prej 50 Hz, duhet të jetë 20. Për shembull, në një nga hidrocentralet më të mëdhenj në në botë, gjeneratorët e Itaipu HPP (Itaipu, shih Fig. 4) që funksionojnë në 50 Hz janë 66-polësh dhe gjeneratorët që punojnë në 60 Hz janë 78-polësh.

Dredha-dredha ngacmuese e një gjeneratori dy ose katër polësh vendoset siç tregohet në fig. 1, në brazda të bërthamës masive të rotorit të çelikut. Një dizajn i tillë i rotorit është i nevojshëm në rastin e gjeneratorëve me shpejtësi të lartë që funksionojnë me një shpejtësi prej 3000 ose 1500 r / min (veçanërisht për gjeneratorët turbinash të projektuar për t'u lidhur me turbinat me avull), pasi me këtë shpejtësi forca të mëdha centrifugale veprojnë në rotor. dredha-dredha. Me një numër më të madh shtyllash, çdo shtyllë ka një mbështjellje të veçantë të fushës (Fig. 3.12.3). Ky parim i poleve të spikatura të pajisjes përdoret, veçanërisht, në rastin e gjeneratorëve me shpejtësi të ulët të destinuar për t'u lidhur me turbinat hidraulike (hidrogjeneratorët), që zakonisht funksionojnë me një shpejtësi prej 60 r / min deri në 600 r / min.

Shumë shpesh, gjeneratorë të tillë, në përputhje me dizajnin e turbinave të fuqishme hidraulike, bëhen me një bosht vertikal.

Oriz. 3. Parimi i projektimit të rotorit të një gjeneratori sinkron me shpejtësi të ulët. 1 shtyllë, 2 dredha-dredha ngacmuese, 3 rrota fiksuese, 4 bosht

Dredha-dredha ngacmuese gjenerator sinkron zakonisht furnizohet me rrymë direkte nga një burim i jashtëm përmes unazave rrëshqitëse në boshtin e rotorit. Më parë, për këtë ishte siguruar një gjenerator i veçantë DC (ngacmues), i lidhur në mënyrë të ngurtë me boshtin e gjeneratorit, dhe tani përdoren ndreqës gjysmëpërçues më të thjeshtë dhe më të lirë. Ekzistojnë gjithashtu sisteme ngacmimi të integruara në rotor, në të cilat EMF nxitet nga mbështjellja e statorit. Nëse magnetët e përhershëm përdoren për të krijuar një fushë magnetike në vend të një sistemi elektromagnetik, atëherë burimi i rrymës së ngacmimit zhduket dhe gjeneratori bëhet shumë më i thjeshtë dhe më i besueshëm, por në të njëjtën kohë dhe më i shtrenjtë. Prandaj, magnetët e përhershëm zakonisht përdoren në gjeneratorët me fuqi relativisht të ulët (deri në disa qindra kilovat).

Dizajni i gjeneratorëve të turbinës, falë rotorit cilindrik me diametër relativisht të vogël, është shumë kompakt. Graviteti i tyre specifik është zakonisht 0,5 ... 1 kg / kW, dhe fuqia e tyre e vlerësuar mund të arrijë 1600 MW. Pajisja e hidrogjeneratorëve është disi më e ndërlikuar, diametri i rotorit është i madh dhe pesha e tyre specifike është për këtë arsye zakonisht 3.5 ... 6 kg / kW. Deri më tani, ato janë prodhuar me një fuqi nominale deri në 800 MW.

Kur gjeneratori është në punë, në të ndodhin humbje energjie, të shkaktuara nga rezistenca aktive e mbështjelljeve (humbjet në bakër), rrymat vorbull dhe histereza në pjesët aktive të sistemit magnetik (humbjet në çelik) dhe fërkimi në kushinetat e rrotullimit. pjesë (humbje për shkak të fërkimit). Përkundër faktit se humbjet totale zakonisht nuk kalojnë 1 ... 2% të fuqisë së gjeneratorit, heqja e nxehtësisë së çliruar si rezultat i humbjeve mund të jetë e vështirë. Nëse supozojmë në mënyrë të thjeshtuar se masa e gjeneratorit është në përpjesëtim me fuqinë e tij, atëherë dimensionet e tij lineare janë në përpjesëtim me rrënjën kubike të fuqisë dhe dimensionet e sipërfaqes janë proporcionale me fuqinë me fuqinë 2/3. Prandaj, me rritjen e fuqisë, sipërfaqja e ftohësit rritet më ngadalë se fuqia nominale e gjeneratorit. Nëse, në kapacitete të rendit disa qindra kilovat, mjafton të përdoret ftohja natyrale, atëherë në kapacitete më të larta është e nevojshme të kaloni në ventilim të detyruar dhe, duke filluar nga rreth 100 MW, të përdorni hidrogjen në vend të ajrit. Në kapacitete edhe më të larta (për shembull, më shumë se 500 MW), është e nevojshme të plotësohet ftohja me hidrogjen me ftohje uji. Në gjeneratorët e mëdhenj, kushinetat gjithashtu duhet të ftohen posaçërisht, zakonisht duke përdorur qarkullimin e vajit.

Shpërndarja e nxehtësisë së gjeneratorit mund të reduktohet ndjeshëm duke përdorur dredha-dredha ngacmuese superpërçuese. Gjeneratori i parë i tillë (4 MVA), i destinuar për përdorim në anije, u prodhua në 2005 nga firma gjermane e inxhinierisë elektrike Siemens (Siemens AG). Tensioni nominal i gjeneratorëve sinkron, në varësi të fuqisë, zakonisht është në intervalin nga 400 V deri në 24 kV. U përdorën gjithashtu tensione të vlerësuara më të larta (deri në 150 kV), por jashtëzakonisht rrallë. Përveç gjeneratorëve sinkron të frekuencës së rrjetit (50 Hz ose 60 Hz), prodhohen gjeneratorë me frekuencë të lartë (deri në 30 kHz) dhe gjeneratorë me frekuencë të reduktuar (16,67 Hz ose 25 Hz), të cilët përdoren në hekurudhat e elektrizuara të disa vendeve. vendet evropiane. Gjeneratorët sinkron, në parim, përfshijnë gjithashtu një kompensues sinkron, i cili është një motor sinkron që punon në boshe dhe jep fuqi reaktive në rrjetin e shpërndarjes së tensionit të lartë. Me ndihmën e një makinerie të tillë, është e mundur të mbulohet konsumi i energjisë reaktive të konsumatorëve lokalë industrialë elektrikë dhe të lirohet rrjeti kryesor i sistemit elektroenergjetik nga transferimi i fuqisë reaktive.

Përveç gjeneratorëve sinkron, është relativisht i rrallë dhe me fuqi relativisht të ulëta (deri në disa megavat) që gjeneratorë asinkron... Në mbështjelljen e rotorit të një gjeneratori të tillë, rryma induktohet nga fusha magnetike e statorit nëse rotori rrotullohet më shpejt se fusha magnetike rrotulluese e statorit të frekuencës së rrjetit. Nevoja për gjeneratorë të tillë zakonisht lind kur është e pamundur të sigurohet një shpejtësi konstante e rrotullimit të lëvizësit kryesor (për shembull, një turbinë me erë, disa hidroturbina të vogla, etj.).

Kanë Gjenerator DC polet magnetike së bashku me mbështjelljen e fushës zakonisht ndodhen në stator, dhe mbështjellja e armaturës ndodhet në rotor. Meqenëse një EMF e ndryshueshme induktohet në mbështjelljen e rotorit gjatë rrotullimit të tij, armatura duhet të furnizohet me një kolektor (komutator), me ndihmën e të cilit merret një EMF konstante në daljen e gjeneratorit (në furçat e kolektorit). Aktualisht, gjeneratorët DC përdoren rrallë, pasi rryma direkte është më e lehtë për t'u marrë duke përdorur ndreqës gjysmëpërçues.

Gjeneratorët e makinave elektrike përfshijnë gjeneratorë elektrostatikë, në pjesën rrotulluese të së cilës krijohet një ngarkesë elektrike e tensionit të lartë nga fërkimi (triboelektrik). Gjeneratori i parë i tillë (një top squfuri i rrotulluar me dorë, i cili u elektrizua nga fërkimi kundër dorës së njeriut) u bë në vitin 1663 nga kryetari i bashkisë së qytetit Magdeburg (Magdeburg, Gjermani) Otto von Guericke (1602-1686). Gjatë zhvillimit të tyre, gjeneratorë të tillë bënë të mundur zbulimin e shumë fenomeneve dhe modeleve elektrike. Edhe tani ato nuk e kanë humbur rëndësinë e tyre si mjet për të kryer kërkime eksperimentale në fizikë.

E para u bë më 4 nëntor 1831 nga profesori i Institutit Mbretëror (Institucioni Mbretëror) Michael Faraday (Michael Faraday, 1791-1867). Gjeneratori përbëhej nga një magnet i përhershëm në formë patkoi dhe një disk bakri që rrotullohej midis poleve magnetike (Figura 3.12.4). Kur disku rrotullohej midis boshtit të tij dhe skajit, u induktua një EMF konstante. Gjeneratorët më të avancuar unipolarë janë rregulluar sipas të njëjtit parim, të cilët ende përdoren (edhe pse relativisht rrallë) në kohën e tanishme.

Oriz. 4. Parimi i pajisjes gjenerator unipolar Michael Faraday. 1 magnet, 2 disk bakri rrotullues, 3 furça. Doreza e diskut nuk shfaqet

Michael Faraday lindi në një familje të varfër dhe pas shkollës fillore, në moshën 13-vjeçare, ai u bë nxënës i një libralidhësi. Nga librat, ai vazhdoi në mënyrë të pavarur shkollimin e tij, dhe nga Enciklopedia Britanike u njoh me energjinë elektrike, bëri një gjenerator elektrostatik dhe një kavanoz Leyden. Për të zgjeruar njohuritë e tij, ai filloi të ndiqte leksione publike mbi kiminë nga drejtori i Institutit Mbretëror, Humphrey Davy (1778–1829), dhe në 1813 u promovua në asistentin e tij. Më 1821 u bë kryeinspektor i këtij instituti, në 1824 - anëtar i Shoqërisë Mbretërore (Royal Society) dhe në 1827 - profesor i kimisë në Institutin Mbretëror. Në 1821, ai filloi eksperimentet e tij të famshme mbi energjinë elektrike, gjatë të cilave ai propozoi parimin e funksionimit të një motori elektrik, zbuloi fenomenin e induksionit elektromagnetik, parimin e një gjeneratori magnetoelektrik, ligjet e elektrolizës dhe shumë fenomene të tjera themelore fizike. Një vit pas eksperimentit të Faradeit të përshkruar më sipër, më 3 shtator 1832, mekaniku parizian Hippolyte Pixii (1808-1835) prodhoi, me urdhër dhe nën drejtimin e themeluesit të elektrodinamikës, Andre Marie Ampere (1775-1836), një gjenerator me një magnet të rrotulluar manualisht në Faraday (Fig. 5). Një EMF e ndryshueshme induktohet në mbështjelljen e armaturës së gjeneratorit Pixie. Për të korrigjuar rrymën që rezulton, një ndërprerës i hapur merkuri u lidh fillimisht në gjenerator, duke ndërruar polaritetin e EMF në çdo gjysmë rrotullim të rotorit, por shpejt u zëvendësua nga një kolektor furçe cilindrike më i thjeshtë dhe më i sigurt, i paraqitur në Fig. 5.

Oriz. 5. Parimi i pajisjes gjenerator magnetoelektrik Ippolita Pixie (a), grafiku i EMF-së së induktuar (b) dhe grafiku i konstantës pulsuese EMF të marrë me ndihmën e kolektorit (c). Doreza dhe ingranazhet e pjerrëta nuk tregohen

Gjeneratori, i ndërtuar mbi parimin Pixie, u përdor për herë të parë në vitin 1842 në uzinën e tij në Birmingham për të fuqizuar banjot me elektrik nga industrialisti anglez John Stephen Woolrich (1790–1843), duke përdorur një motor me avull 1 litërsh si motor lëvizës. me. Tensioni i gjeneratorit të tij ishte 3 V, rryma e vlerësuar ishte 25 A dhe efikasiteti ishte rreth 10%. Të njëjtët gjeneratorë, por më të fuqishëm filluan të prezantohen shpejt në ndërmarrjet e tjera të elektrizimeve në Evropë. Në 1851, mjeku ushtarak gjerman Wilhelm Josef Sinsteden (1803-1891) propozoi përdorimin e elektromagnetëve në vend të magnetëve të përhershëm në induktor dhe furnizimin e tyre me rrymë nga një gjenerator më i vogël ndihmës; ai zbuloi gjithashtu se efikasiteti i gjeneratorit do të rritej nëse bërthama e çelikut të elektromagnetit nuk do të bëhej masive, por nga tela paralelë. Sidoqoftë, idetë e Sinsteden-it filluan të përdoren në të vërtetë vetëm në 1863 nga inxhinieri elektrik anglez Henry Wilde (1833-1919), i cili propozoi, midis risive të tjera, të vendoste një makinë ngacmuese (anglisht exitatrice) në boshtin e gjeneratorit. Në vitin 1865, ai prodhoi një gjenerator të një fuqie të paparë prej 1 kW, me të cilin mund të demonstronte edhe shkrirjen dhe saldimin e metaleve.

Përmirësimi më i rëndësishëm Gjeneratorë DC u bë e tyre vetë-ngacmim, parimi i të cilit u patentua në 1854 nga kryeinxhinieri i hekurudhave shtetërore të Danimarkës Soren Hjorth (Soren Hjorth, 1801-1870), por nuk gjeti zbatim praktik në atë kohë. Në vitin 1866, ky parim u zbulua përsëri në mënyrë të pavarur nga disa inxhinierë elektrikë, duke përfshirë G. Wilde të përmendur tashmë, por ai u bë gjerësisht i njohur në dhjetor 1866, kur industrialisti gjerman Ernst Werner von Siemens (1816-1892) e zbatoi atë në kompaktin tim dhe gjenerator shumë efikas. Më 17 janar 1867, ligjërata e tij e famshme mbi parimin dinamo-elektrik (vetë-ngacmimi) u lexua në Akademinë e Shkencave të Berlinit. Vetë-ngacmim bëri të mundur refuzimin nga gjeneratorët ndihmës të ngacmimit (nga ngacmuesit), gjë që bëri të mundur gjenerimin e energjisë elektrike shumë më të lirë në sasi të mëdha. Për këtë arsye, viti 1866 shpesh konsiderohet si viti i lindjes së inxhinierisë elektrike me rrymë të lartë. Në gjeneratorët e parë të vetë-ngacmuar, mbështjellja e ngacmimit u përfshi, si në Siemens, në seri (seriale) me mbështjelljen e armaturës, por në shkurt 1867, inxhinieri elektrik anglez Charles Wheatstone (1802-1875) propozoi ngacmim paralel, i cili lejon rregullim më i mirë i EMF-së së gjeneratorit, tek i cili ai erdhi edhe para raporteve të ngacmimit sekuencial të zbuluar nga Siemens (Fig. 6).

Oriz. 6. Zhvillimi i sistemeve të ngacmimit për gjeneratorët DC. një ngacmim magnet i përhershëm (1831), b ngacmim i jashtëm (1851), c vetë-ngacmim sekuencial (1866), d vetë-ngacmim paralel (1867). 1 armature, 2 dredha-dredha ngacmuese. Reostatet rregulluese të rrymës së ngacmimit nuk tregohen.

Nevoja për alternatorët filloi në 1876, kur inxhinieri rus elektrik Pavel Yablochkov (1847-1894), duke punuar në Paris, filloi të ndriçojë rrugët e qytetit me ndihmën e llambave të harkut të rrymës alternative (qirinjtë Yablochkov) që ai prodhoi. Gjeneratorët e parë të nevojshëm për këtë u krijuan nga shpikësi dhe industrialisti parizian Zenobe Theophile Gramme (1826-1901). Me fillimin e prodhimit masiv të llambave inkandeshente në 1879, rryma alternative humbi vlerën e saj për një kohë, por fitoi përsëri rëndësi për shkak të rritjes së distancës së transmetimit të energjisë elektrike në mesin e viteve 1880. Në 1888-1890, pronari i laboratorit të tij kërkimor Tesla-Electric (Tesla-Electric Co., Nju Jork, SHBA), një inxhinier serb elektrik që emigroi në Shtetet e Bashkuara, Nikola Tesla (Nikola Tesla, 1856-1943) dhe kryeinxhinieri i kompanisë AEG (AEG, Allgemeine Elektricitats-Gesellschaft), inxhinieri rus elektrik Mikhail Dolivo-Dobrovolsky (1862-1919) i cili emigroi në Gjermani, zhvilloi një sistem të rrymës alternative trefazore. Si rezultat, prodhimi i gjithnjë e më i fuqishëm gjeneratorë sinkron për termocentralet dhe hidrocentralet në ndërtim e sipër.

Një fazë e rëndësishme në zhvillimin e gjeneratorëve të turbinave mund të konsiderohet zhvillimi në 1898 i një rotori cilindrik nga bashkëpronari i uzinës zvicerane të inxhinierisë elektrike Brown, Boveri dhe kompania (Brown, Boveri & Cie., BBC) Charles Eugen Lancelot Brown. (1863-1924). Gjeneratori i parë i ftohur me hidrogjen (fuqia 25 MW) u prodhua në vitin 1937 nga kompania amerikane General Electric, dhe me ftohje në linjë me ujë - në 1956 nga kompania angleze Metropolitan Vickers.

Aktualisht, gjeneratorët sinkron përdoren kryesisht për të prodhuar energji elektrike. Makinat asinkrone përdoren më shpesh si motorë.

Gjeneratorët e rrymës alternative zakonisht përbëhen nga një mbështjellje fikse - një stator dhe një i lëvizshëm - një rotor.

Dallimi midis një makine sinkrone dhe një makine asinkrone është se në të parën fusha magnetike e statorit rrotullohet njëkohësisht me lëvizjen e rotorit, dhe në makinat asinkrone ajo ose avancon ose mbetet pas fushës në rotor.

Përdorimi i gjerë i makinave sinkrone është për shkak të parametrave të tyre të cilësisë. Gjeneratorët sinkron prodhojnë një tension shumë të qëndrueshëm të përshtatshëm për lidhjen e një game të gjerë pajisjesh elektrike.

Me një qark të shkurtër në ngarkesë ose konsum të lartë të energjisë, një rrymë e konsiderueshme rrjedh nëpër mbështjelljet e statorit, gjë që mund të çojë në dështimin e gjeneratorit. Për makina të tilla, kërkohet ftohje - një turbinë vendoset në boshtin e rotorit, duke ftohur të gjithë strukturën.

Në funksion të kësaj, gjeneratorët sinkron janë të ndjeshëm ndaj kushteve mjedisore.

Gjeneratorët asinkronë në shumicën e rasteve kanë një kasë të mbyllur dhe janë të pandjeshëm ndaj rrymës së lartë të fillimit të konsumatorëve të energjisë.

Sidoqoftë, për funksionimin e tyre, nevojitet një rrymë e jashtme e fuqishme e paragjykimit. Në përgjithësi, gjeneratorët me induksion prodhojnë tensione të paqëndrueshme. Gjeneratorë të tillë përdoren gjerësisht si burime energjie për makinat e saldimit.

Gjeneratorët sinkron janë të përhapur si konvertues të energjisë mekanike në energji elektrike në hidrocentralet, termocentralet, si gjeneratorët e benzinës dhe naftë shtëpiake, si burime energjie në bord në transport.

Statorët e një gjeneratori sinkron dhe asinkron nuk ndryshojnë nga njëri-tjetri në dizajn.

Bërthama e statorit përbëhet nga disa pllaka çeliku elektrik, të izoluara nga njëra-tjetra dhe të montuara në një strukturë të vetme (Fig. 1). Bobinat e mbështjelljes janë instaluar në brazda në pjesën e brendshme të statorit.

Për secilën fazë, mbështjellja përfshin dy mbështjellje të instaluara përballë njëra-tjetrës dhe të lidhura në seri. Një skemë e tillë dredha-dredha quhet dypole.

Gjithsej, tre grupe spirale janë instaluar në stator (Fig. 2), me një zhvendosje prej 120 gradë. Grupet fazore janë të ndërlidhura në një "yll" ose "trekëndësh". Ekzistojnë grupe spirale me një numër të madh shtyllash. Injeksion

zhvendosja e spirales në lidhje me njëra-tjetrën në përgjithësi llogaritet me formulën (2π / 3) / n, ku n është numri i poleve të mbështjelljes.

Rotori i gjeneratorit është një elektromagnet që ngacmon një fushë magnetike të alternuar në stator. Për gjeneratorët e vegjël me fuqi të ulët, magnetët e zakonshëm shpesh vendosen në rotor.
.

Rotori i një gjeneratori sinkron ka nevojë për një ngacmues të jashtëm - një gjenerator të rrymës së drejtpërdrejtë, në rastin më të thjeshtë, të montuar në të njëjtin bosht si rotori.

Ngacmuesi duhet të sigurojë një ndryshim në rrymën në rotor për të rregulluar mënyrën e funksionimit dhe aftësinë për të shuar shpejt fushën magnetike në rast të mbylljes emergjente.

Rotorët klasifikohen si të spikatur dhe jo të spikatur. Dizajni i rotorëve me pol të spikatur (Fig. 3) përbëhet nga polet e elektromagnetëve 1 të formuar nga mbështjelljet e poleve 2 të lidhura me bërthamën 3. Ngacmimi furnizohet në mbështjellje përmes kontakteve të unazës 4.

Rotorë të tillë përdoren me shpejtësi të ulët rrotullimi, për shembull, në turbinat hidraulike. Me një rrotullim më të shpejtë të boshtit, lindin forca të rëndësishme centrifugale që mund të shkatërrojnë rotorin.

Në këtë rast përdoren rotorë me pol jo të spikatur (Fig. 4). Rotori jo i spikatur përmban brazda 1 të formuara në bërthamën 2. Mbështjelljet e rotorit janë të fiksuara në brazda (nuk tregohen në Fig. 4). Ngacmimi i jashtëm transmetohet edhe nëpërmjet kontakteve 3. Kështu, rotori me pole të nënkuptuar është statori "brenda jashtë".

Fusha magnetike bipolare e një rotori rrotullues mund të zëvendësohet nga një fushë e ngjashme e një magneti të përhershëm që rrotullohet me shpejtësinë këndore të rotorit. Drejtimi i rrymës në çdo mbështjellje përcaktohet nga rregulli i gjimbalit.

Nëse rryma, për shembull, drejtohet nga fillimi i mbështjelljes A në pikën X, atëherë një rrymë e tillë do të merret në mënyrë konvencionale si pozitive (Fig. 5). Kur rotori rrotullohet, një rrymë alternative ndodh në mbështjelljen e statorit, me një zhvendosje fazore prej 2 π / 3.

Për të lidhur ndryshimin në rrymën e fazës A me grafikun, merrni parasysh rrotullimin në drejtim të akrepave të orës. Në momentin fillestar të kohës, fusha magnetike e rotorit nuk krijon rrymë në grupin e bobinës së fazës A, (Fig. 6, pozicioni a).

Në mbështjelljen e fazës B, veprojnë rrymat negative (nga fundi i mbështjelljes deri në fillim), dhe në mbështjelljen e fazës C, rrymat pozitive. Me rrotullim të mëtejshëm, rotori zhvendoset 90 gradë në të djathtë (Fig. 6, b). Rryma në mbështjelljen A merr vlerën maksimale pozitive, dhe në mbështjelljet fazore B dhe C - një negative të ndërmjetme.

Fusha magnetike e rotorit zhvendoset me një çerek tjetër të periudhës, rotori zhvendoset me 180 gradë (Fig. 6, c). Rryma në mbështjelljen A përsëri arrin zero, në mbështjelljen B është pozitive, në mbështjelljen e fazës C është negative.

Me rrotullimin e mëtejshëm të rotorit në pikën, rryma e fazës në mbështjelljen A arrin një vlerë maksimale negative, rryma në mbështjelljet B dhe C është pozitive (Fig. 6, d). Rrotullimi i mëtejshëm i rotorit përsërit të gjitha fazat e mëparshme.

Gjeneratorët sinkron janë krijuar për të lidhur ngarkesa me një faktor të lartë fuqie (cosϕ> 0.8). Me një rritje të përbërësit induktiv të ngarkesës, ndodh efekti i demagnetizimit të rotorit, duke çuar në një ulje të tensionit në terminalet.

Për të kompensuar atë, është e nevojshme të rritet rryma e ngacmimit, duke çuar në një rritje të temperaturës së mbështjelljes. Ngarkesa kondensative, nga ana tjetër, rrit magnetizimin e rotorit dhe rrit tensionin.

Gjeneratorët njëfazorë nuk përdoren gjerësisht në industri. Për të marrë një rrymë njëfazore, mbështjelljet fazore të trefazorit lidhen me një qark të përbashkët. Në këtë rast, ka humbje të vogla të energjisë në krahasim me ndërrimin trefazor.

Shkruani komente, shtesa në artikull, mbase kam humbur diçka. Hidhini një sy, do të jem i lumtur nëse gjeni diçka tjetër të dobishme tek unë.

Pas zbulimit të fenomenit të induksionit elektromagnetik, M. Faraday në 1831 shpiku një shumëllojshmëri makinash elektrike. Midis tyre, gjeneratorët elektrikë janë shtylla kurrizore e të gjitha rrjeteve moderne të energjisë. Ato janë burime të energjisë elektrike dhe janë të parët që përcaktojnë sasinë dhe cilësinë e tij. Përpara se të bëhet e mundur që konsumatorët të përdorin energjinë elektrike, është e nevojshme të kryhet konvertimi i tensionit më shumë se një herë për të reduktuar humbjet e përcaktuara nga transmetimi i energjisë elektrike.

Për këtë arsye, rrjetet e energjisë AC kanë qenë prej kohësh më efikasët. Frekuenca e tyre në vende të ndryshme zgjidhet ose 50 ose 60 Hertz, sepse këto vlera janë përsëri më të justifikuarat ekonomikisht në fazën aktuale të zhvillimit të shkencës dhe teknologjisë. Në fillim të çdo rrjeti elektrik është një ose më shumë alternatorë sinkron.

Parimi i funksionimit

Që një rrymë elektrike të shfaqet në një përcjellës, linjat e forcës së fushës magnetike duhet të jenë të lëvizshme në lidhje me këtë përcjellës. Për këtë qëllim, ekziston një magnet rrotullues i lëvizshëm në alternator, i cili me fushën e tij magnetike kalon përçuesit e palëvizshëm. Ndodhet në një bosht të drejtuar nga një burim i jashtëm i energjisë mekanike.

Një bosht me një magnet quhet rotor ose induktor. Strukturisht, rotori mund të bëhet ose me një magnet të përhershëm të bërë nga një material magnetik i veçantë, ose me një elektromagnet. Një makinë e tillë elektrike quhet sinkrone sepse fusha magnetike në të rrotullohet me rotorin.

Për të marrë fushën magnetike më efektive, dizajni më i përhapur është me një rotor të bërë nga lidhje të veçanta në formën e një bërthame të rrethuar nga kthesat dredha-dredha, përmes së cilës rrjedh një rrymë e drejtpërdrejtë. Dredha-dredha quhet "dredha-dredha e fushës". Burimi i rrymës së ngacmimit mund të jetë ose i jashtëm ose i integruar në rotor. Një burim i jashtëm është i lidhur me dy furça fikse.

Këto të fundit janë të vendosura në bazën, në lidhje me të cilën rrotullohet rotori dhe formojnë kontakte rrëshqitëse me dy unaza përkatëse të vendosura në rotor. Burimi i integruar është një dredha-dredha e veçantë me një ndreqës AC. Avantazhi i tij është se kontaktet rrëshqitëse janë të përjashtuara nga ky dizajn. Rotorët mund të jenë strukturorë të ndryshëm. Ato janë bërë të spikatura, të nënkuptuara, të pajisura me mbështjellje amortizuese.

Për të marrë vlerën e kërkuar të frekuencës dhe tensionit aktual, është e nevojshme të merret një numër i caktuar kryqëzimesh të linjave të forcës së fushës magnetike me përcjellësin për njësi të kohës. Me qëllim të ndërveprimit sa më efektiv të fushës magnetike dhe përcjellësit, ai bëhet në formën e kthesave dredha-dredha të vendosura në një bërthamë të bërë nga një aliazh special. Bëhen aq bërthama të tilla sa kërkohet në përputhje me problemin teknik që duhet zgjidhur.

Ato janë të vendosura rreth rotorit dhe quhen stator. Çdo bërthamë e statorit përbëhet nga dy pjesë, midis të cilave ndodhet një rotor me një hendek të caktuar. Këto dy pjesë formojnë të ashtuquajturin çift polesh të një gjeneratori elektrik. Ndërsa rrotullohet, polet magnetike të kundërta të rotorit lëvizin përtej pjesëve të kundërta të bërthamës së statorit.

Çiftet e shtyllave janë të vendosura në bazën në lidhje me të cilën lëviz rotori. Strukturisht, kjo bazë është bërë në formën e një strehimi alternator. Statori, furçat, unazat dhe rotori janë të fshehura brenda kutisë. Boshti dhe terminalet e furçave dalin prej tij. Kur boshti rrotullohet nga një forcë e jashtme, për shembull, një turbinë, statori është një burim i EMF. Frekuenca e tensionit dhe rrymës në stator varet nga sa herë në njësi të kohës poli magnetik i rotorit lëviz përtej bërthamave të statorit.

Varietetet konstruktive

Prandaj, frekuenca e tensionit dhe rrymës mund të ndikohet ose nga shpejtësia e rotorit, ose nga numri i çifteve të poleve, ose të dyja së bashku. Kur ngadalësoni shpejtësinë e rotorit, numri i çifteve të poleve duhet të rritet për të ruajtur tensionin dhe frekuencën e rrymës. Kjo i dallon gjeneratorët e termocentraleve nga gjeneratorët e hidrocentraleve dhe turbinave me erë.

Turbina me avull rrotullohet shpejt dhe turbina e ujit rrotullohet ngadalë. Por në të njëjtën kohë, frekuenca e tensionit dhe rrymës që prodhojnë të dy këta gjeneratorë janë të njëjta. Megjithatë, një gjenerator hidroelektrik ka disa herë numrin e çifteve të poleve, dhe ato më së shpeshti bëhen me rotorë me pol të spikatur. Gjeneratorët në termocentralet, për shkak të shpejtësive të larta të rrotullimit prej 1500 dhe 3000 rpm, bëhen me rotorë me pol të nënkuptuar. Numri i çifteve të poleve varet gjithashtu nga numri i fazave. Një fazë korrespondon me një palë polesh statori. Prandaj, versionet trefazore përmbajnë të paktën tre çifte shtyllash.

• Rregullimi hapësinor i çifteve të poleve në gjeneratorët shumëfazorë përcakton zhvendosjen fazore të tensioneve dhe rrymave në mbështjelljet fazore.

Rregullimi hapësinor i gjeneratorëve në gjendje pune përgjatë pozicionit të boshtit të rrotullimit të rotorit mund të jetë horizontal dhe vertikal. Funksionimi me një turbinë me avull ose me gaz, për shkak të ngarkesave të larta centrifugale, kërkon vetëm një rregullim horizontal, diametrin më të vogël të mundshëm dhe gjatësinë maksimale të mundshme të gjeneratorit. Një shembull i një makine të tillë elektrike është paraqitur në imazhin më poshtë:

Në hidrocentralet, në varësi të presionit të ujit, mund të përdoren strukturat horizontale dhe vertikale të këtyre makinave elektrike. Ekzistojnë modele të veçanta të gjeneratorëve me pol të spikatur me fuqi relativisht të vogla të rendit të dhjetë kilovatëve. Në to, induktori (i cili zakonisht është rotori) është i palëvizshëm, dhe armatura (që zakonisht është statori) rrotullohet. Energjia elektrike e prodhuar furnizohet me ngarkesën përmes unazave dhe furçave.

Një lloj tjetër i burimit të energjisë elektrike është një alternator asinkron. Ka dizajnin më të thjeshtë dhe besueshmëri të lartë. Por karakteristikat e tij të energjisë, tensioni dhe qëndrueshmëria e frekuencës së rrymës janë të vogla në krahasim me makinat sinkrone. Kjo kufizon fushën e përdorimit të gjeneratorëve asinkron. Ato përdoren vetëm aty ku kërkohet thjeshtësia, besueshmëria dhe kostoja më e ulët.

Për më shumë se një shekull, njerëzimi ka përdorur energjinë elektrike në të gjitha sferat e veprimtarisë. Pa të, është thjesht e pamundur të imagjinohet një jetë normale. Me ndihmën e makinave speciale, energjia mekanike shndërrohet në rrymë alternative ose direkte. Për të kuptuar më mirë se si ndodh kjo, duhet të kuptoni se nga përbëhet gjeneratori dhe si funksionon.

Shndërrimi i energjisë mekanike në energji elektrike

Në zemër të çdo gjeneratori qëndron parimi i induksionit magnetik... Makinat e para elektrike u shfaqën në gjysmën e dytë të shekullit të 19-të. Shpikësit e tyre ishin Michael Faraday dhe Hippolyte Pixie. Në 1886, u bë një demonstrim publik i një alternatori, një pajisje e aftë për të gjeneruar rrymë nga lëvizja mekanike.

Alternatori i parë trefazor u zhvillua nga shtetasi rus Dolivo-Dobrovolsky. Në vitin 1903, ai ndërtoi gjithashtu termocentralin e parë industrial në Tokë, i cili u bë një burim energjie për një ashensor.

Qarku më i thjeshtë për një alternator është një spirale teli që rrotullohet në një fushë magnetike. Një alternativë është kur spiralja mbetet e palëvizshme dhe përshkohet nga një fushë magnetike. Në të dyja rastet do të gjenerohet energji elektrike. Ndërsa lëvizja vazhdon, një rrymë alternative gjenerohet në përcjellës. Gjeneratorët përdoren për të gjeneruar rrymë në të gjithë botën. Ato janë pjesë e sistemit global të furnizimit me energji elektrike të globit.

Mënyra se si funksionon gjeneratori varet nga qëllimi i tij, dhe modifikime të ndryshme janë të mundshme. por ka dy komponentë kryesorë:

1. Rotori është një element lëvizës i bërë prej hekuri të fortë.
2. Statori është i palëvizshëm, është montuar nga fletë hekuri të izoluara. Brenda ka brazda në të cilat kalon mbështjellja e telit.

Për të marrë densitetin më të lartë të fluksit magnetik, distanca midis këtyre pjesëve të njësisë duhet të jetë sa më e vogël. Dredha-dredha e ngacmimit, e vendosur në rotor, ushqehet përmes sistemit të furçës.

Ekzistojnë dy lloje ndërtimi:

• me një armaturë rrotulluese dhe një fushë magnetike të palëvizshme;
• fusha magnetike rrotullohet, por armatura mbetet në vend.

Makinat më të përdorura janë makinat me pole magnetike lëvizëse. Është shumë më i përshtatshëm për të nxjerrë energji elektrike nga statori sesa nga rotori. Në përgjithësi, një gjenerator është ndërtuar në të njëjtën mënyrë si një motor elektrik.

Klasifikimi dhe llojet e njësive

Njësitë për shndërrimin e energjisë mekanike në energji elektrike kanë një dizajn të ngjashëm. Ato mund të ndryshojnë në parimin e funksionimit të gjeneratorit dhe dredha-dredha të fushës:

Sipas dizajnit:

• polet e theksuara;
• nuk shprehet.

Me metodën e lidhjes së mbështjelljeve:

Në varësi të numrit të fazave:

• njëfazor;
• dyfazore;
• trefazore.

Njësitë DC janë krijuar në atë mënyrë që mekanizmi për heqjen e energjisë përbëhet nga dy gjysmë unaza të izoluara, secila prej të cilave merr një ngarkesë të një potenciali të caktuar. Në dalje, merret një rrymë pulsuese e një drejtimi.

Gjeneratorët sinkron kanë një armaturë me një dredha-dredha që furnizohet me rrymë të vazhdueshme. Duke rregulluar vlerën e saj, ju mund të ndryshoni forcën e fushës magnetike dhe të kontrolloni tensionin e daljes. Në ato asinkrone nuk ka dredha-dredha, në vend të kësaj përdoret efekti magnetizues.

Fushat kryesore të aplikimit

Vlen të kujtohet se energjia elektrike e zakonshme në priza vjen nga puna e alternatorëve të mëdhenj në termocentralet. Shtrirja e këtyre makinave elektrike përfshin të gjitha llojet e aktiviteteve njerëzore:

• përdoren si burim rezervë të energjisë në objektet ku nuk duhet të lejohen ndërprerjet e energjisë;
• i pazëvendësueshëm në vendet ku nuk ka linja elektrike;
• shumica e automjeteve janë të pajisura me gjenerator, prodhon energji elektrike për rrjetin në bord;
• furnizimi me energji elektrike për njësitë e hidrolizës;
• industria;
• në termocentralet bërthamore dhe hidrocentrale.

Kohët e fundit, pajisjet shtëpiake për prodhimin e energjisë elektrike po fitojnë gjithnjë e më shumë popullaritet. Ato kanë përmasa kompakte dhe konsum të ulët të karburantit. Ata mund të punojnë me benzinë ​​dhe naftë. Ato përdoren në kushte fushore, në vend ose si furnizim emergjent me energji elektrike.

Shpikja e një metode për prodhimin e energjisë elektrike nga lëvizja mekanike ishte me rëndësi epokale për zhvillimin e qytetërimit modern. Bota rreth nesh është plot me mistere, përgjigjet për të cilat nuk dihen, por, ndoshta, zbulime të tjera të rëndësishme që mund të ndryshojnë jetën e tyre i presin njerëzit.