Kuidas elektrigeneraator töötab? Elektrigeneraatorite tüübid ja nende tööpõhimõtted. Elektrienergia rajatiste juhtimine

Termin "põlvkond" elektrotehnikas pärineb ladina keelest. See tähendab "sündi". Seoses energiaga võib öelda, et generaatorid on tehnilised seadmed, mis toodavad elektrit.

Tuleb märkida, et elektrivoolu saab toota erinevat tüüpi energia muundamise teel, näiteks:

keemiline;

valgus;

termiline ja teised.

Ajalooliselt on generaatorid struktuurid, mis muudavad pöörleva kineetilise energia elektriks.

Vastavalt toodetud elektri tüübile on generaatorid:

1. DC;

2. muutuja.

Teadlased Oersted ja Faraday avastasid füüsikaseadused, mis võimaldavad luua kaasaegseid elektriseadmeid elektri tootmiseks mehaanilise energia muundamise teel.

Mis tahes generaatori konstruktsioonis realiseeritakse see siis, kui suletud raamis indutseeritakse elektrivool selle ristumise tõttu pöörleva magnetväljaga, mis luuakse koduseks kasutamiseks mõeldud lihtsustatud mudelites või suure võimsusega tööstustoodete ergutusmähiste abil.

Kui raam pöörleb, muutub magnetvoo suurus.

Mähises indutseeritud elektromotoorjõud sõltub raami suletud ahelas S läbiva magnetvoo muutumise kiirusest ja on otseselt võrdeline selle väärtusega. Mida kiiremini rootor pöörleb, seda suurem on genereeritud pinge.

Suletud ahela tekitamiseks ja sellest elektrivoolu ärajuhtimiseks oli vaja luua kollektori ja harja koost, mis tagab pideva kontakti pöörleva raami ja ahela statsionaarse osa vahel.

Tänu vedruga harjade konstruktsioonile, mis surutakse vastu kommutaatori plaate, edastatakse elektrivool väljundklemmidele ja sealt edasi tarbijavõrku.

Lihtsaima alalisvoolu generaatori tööpõhimõte

Kui raam pöörleb ümber oma telje, mööduvad selle vasak ja parem pool tsükliliselt magnetite lõuna- või põhjapooluse lähedalt. Neis muutuvad iga kord hoovuste suunad vastupidiseks, nii et igal poolusel voolavad nad ühes suunas.

Väljundahelas alalisvoolu tekitamiseks luuakse kollektorisõlmele poolrõngas iga mähise poole jaoks. Rõngaga külgnevad harjad eemaldavad ainult nende märgi potentsiaali: positiivne või negatiivne.

Kuna pöörleva raami poolrõngas on avatud, tekivad selles hetked, kui vool saavutab maksimaalse väärtuse või puudub. Selleks, et säilitada mitte ainult suund, vaid ka genereeritud pinge konstantne väärtus, on raam valmistatud spetsiaalselt ettevalmistatud tehnoloogia abil:

see ei kasuta ühte pööret, vaid mitut - sõltuvalt kavandatud pinge väärtusest;

kaadrite arv ei ole piiratud ühe eksemplariga: nad püüavad muuta need piisavaks, et optimaalselt hoida pingelangust samal tasemel.

Alalisvoolugeneraatori puhul paiknevad rootori mähised piludes. See võimaldab teil vähendada indutseeritud elektromagnetvälja kadusid.

Alalisvoolugeneraatorite disainifunktsioonid

Seadme peamised elemendid on:

väline jõuraam;

magnetpoolused;

staator;

pöörlev rootor;

lülitusseade harjadega.

Korpus on valmistatud terase sulamitest või malmist, et tagada kogu struktuurile mehaaniline tugevus. Korpuse lisaülesanne on magnetvoo edastamine pooluste vahel.

Magnetpostid kinnitatakse korpuse külge naastude või poltidega. Neile on paigaldatud mähis.

Staator, mida nimetatakse ka ikkeks või südamikuks, on valmistatud ferromagnetilistest materjalidest. Selle peale asetatakse ergutuspooli mähis. Staatori südamik varustatud magnetpoolustega, mis moodustavad selle magnetjõuvälja.

Rootoril on sünonüüm: ankur. Selle magnetsüdamik koosneb lamineeritud plaatidest, mis vähendavad pöörisvoolude teket ja suurendavad efektiivsust. Südamiku sooned sisaldavad rootorit ja/või iseergutusmähiseid.

Vahetussõlm harjade puhul võib pooluste arv olla erinev, kuid see on alati kahekordne. Harja materjaliks on tavaliselt grafiit. Kollektorplaadid on valmistatud vasest, mis on voolujuhtivuse elektriliste omaduste jaoks kõige optimaalsem metall.

Tänu kommutaatori kasutamisele genereeritakse alalisvoolugeneraatori väljundklemmidel pulseeriv signaal.

Alalisvoolugeneraatorite peamised tüübid

Sõltuvalt ergutusmähise toiteallika tüübist eristatakse seadmeid:

1. eneseergastusega;

2. iseseisva kaasamise alusel töötamine.

Esimesed tooted võivad:

kasutada püsimagneteid;

või töötada välistest allikatest, näiteks akudest, tuuleenergiast...

Sõltumatu lülitusega generaatorid töötavad oma mähisest, mida saab ühendada:

järjestikku;

šundid või paralleelne ergutus.

Üks sellise ühenduse võimalustest on näidatud diagrammil.

Alalisvoolugeneraatori näide on konstruktsioon, mida varem sageli autotööstuses kasutati. Selle struktuur on sama, mis asünkroonsel mootoril.

Sellised kollektorstruktuurid on võimelised töötama samaaegselt mootori või generaatori režiimis. Tänu sellele on need levinud ka olemasolevates hübriidautodes.

Ankurreaktsiooni moodustumise protsess

See ilmneb tühikäigurežiimis, kui harja survejõud on valesti reguleeritud, luues nende hõõrdumise ebaoptimaalse režiimi. See võib põhjustada magnetvälja vähenemist või tulekahju suurenemise tõttu suurenenud sädemete tekke tõttu.

Selle vähendamise viisid on järgmised:

magnetväljade kompenseerimine lisapooluste ühendamise teel;

kommutaatoriharjade asendi nihke reguleerimine.

Alalisvoolugeneraatorite eelised

Need sisaldavad:

hüstereesist ja pöörisvoolude tekkest tingitud kadude puudumine;

töötada äärmuslikes tingimustes;

vähendatud kaal ja väikesed mõõtmed.

Lihtsaima vahelduvvoolugeneraatori tööpõhimõte

Selle disaini sees kasutatakse kõiki samu osi nagu eelmises analoogis:

magnetväli;

pöörlev raam;

kollektoriseade koos harjadega voolu ärajuhtimiseks.

Peamine erinevus seisneb kommutaatori sõlme konstruktsioonis, mis on loodud selliselt, et raami pöörlemisel läbi harjade tekib pidevalt kontakt selle poole raamiga, muutmata tsükliliselt nende asendit.

Tänu sellele kandub vool, mis muutub vastavalt harmooniliste seadustele igas pooles, täiesti muutumatul kujul harjadele ja seejärel nende kaudu tarbijaahelasse.

Loomulikult luuakse raam optimaalse pinge saavutamiseks mitte ühe pöörde, vaid arvutatud pöörete arvu kerimisega.

Seega on alalis- ja vahelduvvoolugeneraatorite tööpõhimõte tavaline ning disainierinevused seisnevad tootmises:

pöörleva rootori kollektoriüksus;

rootori mähiste konfiguratsioonid.

Tööstuslike vahelduvvoolugeneraatorite disainifunktsioonid

Vaatleme tööstusliku induktsioongeneraatori põhiosi, milles rootor saab pöörleva liikumise lähedalasuvast turbiinist. Staatori konstruktsioon sisaldab elektromagnetit (kuigi magnetvälja saab luua püsimagnetite komplektiga) ja rootori mähist, millel on teatud arv pööre.

Iga pöörde sees indutseeritakse elektromotoorjõud, mis lisatakse järjestikku igasse neist ja moodustab väljundklemmidel ühendatud tarbijate toiteahelasse antud pinge koguväärtuse.

EMF-i amplituudi suurendamiseks generaatori väljundis kasutatakse magnetsüsteemi spetsiaalset konstruktsiooni, mis on valmistatud kahest magnetsüdamikust, kasutades spetsiaalset elektrotehnilist terast soontega lamineeritud plaatide kujul. Nende sisse on paigaldatud mähised.

Generaatori korpuses on piludega staatori südamik, mis mahutab magnetvälja tekitava mähise.

Laagritel pöörleval rootoril on ka soontega magnetahel, mille sisse on paigaldatud mähis, mis võtab vastu indutseeritud emfi. Tavaliselt valitakse pöörlemistelje paigutamiseks horisontaalne suund, kuigi on olemas vertikaalse paigutusega generaatorid ja vastav laagrikujundus.

Staatori ja rootori vahele tekib alati tühimik, mis on vajalik pöörlemise tagamiseks ja kinnikiilumise vältimiseks. Kuid samal ajal kaob magnetilise induktsiooni energia. Seetõttu püüavad nad seda teha võimalikult minimaalseks, võttes optimaalselt arvesse mõlemat nõuet.

Rootoriga samal võllil asuv erguti on suhteliselt väikese võimsusega alalisvoolu elektrigeneraator. Selle eesmärk on varustada elektrienergiaga generaatori mähiseid iseseisva ergastuse olekus.

Selliseid erguteid kasutatakse kõige sagedamini turbiinide või hüdrauliliste elektrigeneraatorite konstruktsioonides põhi- või varumeetodi loomisel.

Tööstusliku generaatori pildil on näha kommutaatori rõngaste ja harjade asukoht pöörlevalt rootori konstruktsioonilt voolude kogumiseks. Töötamise ajal kogeb see seade pidevaid mehaanilisi ja elektrilisi koormusi. Nende ületamiseks luuakse keeruline struktuur, mis töötamise ajal nõuab perioodilisi kontrollimisi ja ennetavaid meetmeid.

Tekkivate tegevuskulude vähendamiseks kasutatakse teist, alternatiivset tehnoloogiat, mis samuti kasutab pöörlevate elektromagnetväljade vahelist vastasmõju. Rootorile asetatakse ainult püsi- või elektrimagnetid ja pinge eemaldatakse statsionaarsest mähisest.

Sellise vooluringi loomisel võib sellist kujundust nimetada terminiks "generaator". Seda kasutatakse sünkroongeneraatorites: kõrgsagedusgeneraatorites, autodes, diiselveduritel ja laevadel, elektrijaamade rajatistes elektrienergia tootmiseks.

Sünkroongeneraatorite omadused

Tööpõhimõte

Tegevuse nimi ja eripära seisneb jäiga seose loomises staatorimähises indutseeritud vahelduva elektromotoorjõu sageduse "f" ja rootori pöörlemise vahel.

Staatorisse on paigaldatud kolmefaasiline mähis ja rootoril on südamiku ja ergutusmähisega elektromagnet, mis saab toidet alalisvooluahelatest läbi harjakommutaatori komplekti.

Rootori paneb pöörlema mehaanilise energia allikas - ajamimootor - samal kiirusel. Selle magnetväli teeb sama liikumise.

Staatori mähistes indutseeritakse võrdse suurusega, kuid 120 kraadi võrra nihutatud elektromotoorjõud, luues kolmefaasilise sümmeetrilise süsteemi.

Tarbijaahelate mähiste otstega ühendamisel hakkavad ahelas toimima faasivoolud, mis moodustavad magnetvälja, mis pöörleb samamoodi: sünkroonselt.

Indutseeritud EMF-i väljundsignaali kuju sõltub ainult magnetilise induktsiooni vektori jaotusseadusest rootori pooluste ja staatori plaatide vahelise pilu sees. Seetõttu püüavad nad sellist kujundust luua, kui induktsiooni suurus muutub vastavalt sinusoidaalsele seadusele.

Kui vahe on konstantse karakteristikuga, luuakse pilu sees olev magnetilise induktsiooni vektor trapetsi kujul, nagu on näidatud joondiagrammil 1.

Kui pooluste servade kuju korrigeeritakse kaldus, kusjuures vahe muutub maksimaalse väärtuseni, siis on võimalik saavutada siinusjaotuse kuju, nagu on näidatud real 2. Seda tehnikat kasutatakse praktikas.

Sünkroongeneraatorite ergutusahelad

Rootori ergutusmähisele “OB” tekkiv magnetmotoorjõud loob selle magnetvälja. Sel eesmärgil on alalisvoolu ergutite konstruktsioonid erinevad, mis põhinevad:

1. kontaktimeetod;

2. kontaktivaba meetod.

Esimesel juhul kasutatakse eraldi generaatorit, mida nimetatakse ergutiks "B". Selle ergutusmähise toiteallikaks on täiendav generaator, mis kasutab paralleelse ergastuse põhimõtet, mida nimetatakse alamergutiks "PV".

Kõik rootorid asetatakse ühisele võllile. Tänu sellele pöörlevad nad täpselt samamoodi. Reostaadid r1 ja r2 reguleerivad voolu erguti ja alamerguti ahelates.

Kontaktivaba meetodiga Rootori libisemisrõngaid pole. Otse sellele paigaldatakse kolmefaasiline ergutimähis. See pöörleb sünkroonselt rootoriga ja edastab elektrilise alalisvoolu läbi kaaspöörleva alaldi otse erguti mähisele “B”.

Kontaktivabade vooluringide tüübid on järgmised:

1. iseergutussüsteem oma staatorimähisest;

2. automatiseeritud skeem.

Esimese meetodiga staatori mähistest saadav pinge suunatakse alalisvoolu trafosse ja seejärel pooljuhtalaldi "PP", mis genereerib alalisvoolu.

Selle meetodi puhul tekib esialgne ergutus jääkmagnetismi nähtuse tõttu.

Automaatne eneseergastuse loomise skeem hõlmab järgmist:

pingetrafo TN;

automatiseeritud ergutusregulaator AVR;

voolutrafo CT;

alaldi trafo VT;

türistori muundur TP;

BZ kaitseüksus.

Asünkroonsete generaatorite omadused

Põhiline erinevus nende konstruktsioonide vahel on jäiga ühenduse puudumine rootori kiiruse (nr) ja mähises indutseeritud EMF (n) vahel. Nende vahel on alati erinevus, mida nimetatakse "libisemiseks". Seda tähistatakse ladina tähega "S" ja seda väljendatakse valemiga S=(n-nr)/n.

Kui generaatoriga on ühendatud koormus, tekib rootori pööramiseks pidurdusmoment. See mõjutab genereeritud EMF-i sagedust ja tekitab negatiivse libisemise.

Asünkroonsete generaatorite rootori struktuur on valmistatud:

lühises;

faas;

õõnes.

Asünkroonsetel generaatoritel võib olla:

1. iseseisev ergutus;

2. eneseergastus.

Esimesel juhul kasutatakse välist vahelduvpinge allikat ja teisel pooljuhtmuundureid või kondensaatoreid primaar-, sekundaar- või mõlemat tüüpi ahelates.

Seega on vahelduv- ja alalisvoolugeneraatoritel ehituspõhimõtetes palju ühiseid jooni, kuid need erinevad teatud elementide konstruktsiooni poolest.

Generaatorid on seadmed, mis muudavad mehaanilise energia elektrienergiaks. Reeglina toodavad nad kahte tüüpi elektrivoolu - alalist ja vahelduvat.

DC ja AC generaatorid

Kui arvestada DC generaator, siis selle konstruktsioon sisaldab pöörleva rootori ja täiendava mähisega statsionaarset staatorit. Rootori liikumise tõttu tekib elektrivool. Alalisvoolugeneraatoreid kasutatakse peamiselt metallurgiatööstuses, laevadel ja ühistranspordis.

Generaatorid genereerida energiat, pöörates rootorit magnetväljas. Pöörates ristkülikukujulist silmust ümber statsionaarse magnetvälja, muundatakse mehaaniline energia elektrivooluks. Seda tüüpi generaatorite eeliseks on see, et rootor (peamine ajamielement) pöörleb kiiremini kui vahelduvvoolugeneraatoritel.

Sünkroonsed ja asünkroonsed generaatorid

Generaatorid, mis toodavad vahelduvvoolu, on sünkroonne Ja asünkroonne. Nad erinevad üksteisest oma võimaluste poolest. Me ei käsitle nende tööpõhimõtet üksikasjalikult, vaid keskendume ainult nende mõnele funktsioonile.

Sünkroongeneraator see on struktuurilt keerulisem kui asünkroonne, toodab puhtamat voolu ja samas talub kergesti käivitamise ülekoormust. Sünkroonseadmed sobivad suurepäraselt pingemuutustele tundlike seadmete (arvutid, televiisorid ja erinevad elektroonikaseadmed) ühendamiseks. Lisaks teevad nad suurepärast tööd elektrimootorite ja elektritööriistade toiteks.

Asünkroonsed generaatorid, disaini lihtsuse tõttu on see lühistele üsna vastupidav. Sel põhjusel kasutatakse neid keevitusseadmete ja elektriliste tööriistade toiteks. Mitte mingil juhul ei tohi nende seadmetega ühendada ülitäpseid seadmeid.

Ühefaasilised ja kolmefaasilised generaatorid

Arvesse tuleb võtta tekkiva voolu tüübiga seotud omadust. Üksik faas mudelid pakuvad 220 V, kolmefaasiline- 380 V. Need on väga olulised tehnilised parameetrid, mida iga ostja peab teadma.

Ühefaasilisi mudeleid peetakse kõige levinumaks, kuna neid kasutatakse sageli kodumaiste vajaduste jaoks. Kolmefaasilised võimaldavad elektriga vahetult varustada suuri tööstusrajatisi, hooneid ja terveid külasid.

Enne generaatori ostmist peab teil olema teatud tehniline teave, mõistma, kuidas need erinevad, kuna see aitab teil valida konkreetselt teie vajadustele vastava korraliku mudeli, samuti vabaneda tarbetutest probleemidest ja säästa raha.

Ettevõte "LLC "Kronvus-Yug"" müüb ja toodab , ja mida saate osta hea hinnaga.

Elektrivool on peamine energialiik, mis teeb kasulikku tööd kõigis inimelu valdkondades. See paneb liikuma erinevad mehhanismid, annab valgust, kütab maju ja animeerib terve hulga seadmeid, mis tagavad meie mugava olemasolu planeedil. Tõesti, seda tüüpi energia on universaalne. Sellest võib saada kõike ja ebaõige kasutamise korral isegi suurt hävingut.

Aga oli aeg, mil elektriefektid olid looduses veel olemas, kuid ei aidanud inimest kuidagi. Mis on sellest ajast muutunud? Inimesed hakkasid uurima füüsilisi nähtusi ja leidsid huvitavaid masinaid - muundureid, mis üldiselt tegid meie tsivilisatsioonis revolutsioonilise hüppe, võimaldades inimesel saada üht energiat teiselt.

Nii õppisid inimesed elektrit tootma tavalisest metallist, magnetitest ja mehaanilisest liikumisest – see on kõik. Ehitati generaatorid, mis on võimelised tootma kolossaalseid energiavooge kuni megavattideni. Kuid huvitav on see, et nende masinate tööpõhimõte polegi nii keeruline ja võib olla isegi teismelisele üsna arusaadav. Mis see on, proovime sellest probleemist aru saada.

Elektromagnetilise induktsiooni efekt

Elektrivoolu ilmumise aluseks juhis on elektromotoorjõud - EMF. See on võimeline liikuma laetud osakesi, mida on igas metallis palju. See jõud ilmneb ainult siis, kui juht kogeb magnetvälja intensiivsuse muutust. Mõju ennast nimetatakse elektromagnetiliseks induktsiooniks. Mida suurem on magnetlainete voo muutumise kiirus, seda suurem on emf. See tähendab, et saate liigutada juhti püsimagneti lähedal või mõjutada statsionaarset traati elektromagneti väljaga, muutes selle tugevust, efekt on sama - juhis ilmub elektrivool.

Teadlased Oersted ja Faraday töötasid selle küsimusega 19. sajandi esimesel poolel. Nad avastasid ka selle füüsikalise nähtuse. Seejärel loodi elektromagnetilise induktsiooni baasil voolugeneraatorid ja elektrimootorid. Huvitav on see, et neid masinaid saab hõlpsasti üksteiseks muuta.

Kuidas alalis- ja vahelduvvoolugeneraatorid töötavad?

On selge, et elektrivoolu generaator on elektromehaaniline masin, mis toodab voolu. Kuid tegelikult on see energia muundur: tuul, vesi, soojus, kõik muu EMF-iks, mis juba tekitab juhis voolu. Ühegi generaatori konstruktsioon ei erine põhimõtteliselt suletud juhtivast vooluringist, mis pöörleb magneti pooluste vahel, nagu teadlaste esimestes katsetes. Ainult võimsate püsi- või sagedamini elektrimagnetite tekitatud magnetvoo suurus on palju suurem. Suletud vooluahel on mitme pöördega mähise kujul, millest kaasaegses generaatoris pole mitte ühte, vaid vähemalt kolm. Seda kõike tehakse selleks, et saada võimalikult suur EMF.

Tavaline vahelduvvoolu (või alalisvoolu) elektrigeneraator koosneb:

Eluruumid. Täidab raami funktsiooni, mille sisse on paigaldatud elektromagneti poolustega staator. See sisaldab rootori võlli veerelaagreid. See on valmistatud metallist, see kaitseb ka kogu masina sisemist täitmist.
Magnetpoolustega staator. Selle külge on kinnitatud magnetvoo ergutusmähis. See on valmistatud ferromagnetilisest terasest.
Rootor või armatuur. See on generaatori liikuv osa, mille võlli keerab pöörlema kõrvaline jõud. Armatuuri südamikule asetatakse iseergutusmähis, kus tekib elektrivool.
Vahetussõlm. Selle konstruktsioonielemendi ülesandeks on elektri eemaldamine liikuvast rootori võllist. See sisaldab juhtivaid rõngaid, mis on liikuvalt ühendatud grafiidist voolu koguvate kontaktidega.

Alalisvoolu tekitamine

Alalisvoolu tootvas generaatoris pöörleb juhtiv ahel magnetilise küllastuse ruumis. Pealegi osutub ahela iga pool teatud pöörlemishetkeks ühe või teise pooluse lähedale. Laeng juhis liigub selle poolpöörde jooksul ühes suunas.

Osakeste eemaldamiseks tehakse energia eemaldamise mehhanism. Selle eripära on see, et mähise (raami) kumbki pool on ühendatud juhtiva poolrõngaga. Poolrõngad ei ole üksteisega suletud, vaid on kinnitatud dielektrilise materjali külge. Ajavahemikul, mil mähise üks osa hakkab teatud poolust läbima, suletakse poolrõngas elektriahelasse harja kontaktrühmade abil. Selgub, et igasse terminali tuleb ainult ühte tüüpi potentsiaali.

Õigem oleks nimetada energiat mitte konstantseks, vaid pulseerivaks, pideva polaarsusega. Pulsatsiooni põhjustab asjaolu, et juhtme magnetvoo pöörlemise ajal on nii maksimaalne kui ka minimaalne mõju. Selle pulsatsiooni tasandamiseks kasutatakse rootoril mitut mähist ja ahela sisendis võimsaid kondensaatoreid. Magnetvoo kadude vähendamiseks hoitakse armatuuri ja staatori vahe minimaalne.

Generaatori vooluahel

Kui voolu tekitava seadme liikuv osa pöörleb, indutseeritakse EMF ka raami juhtmetesse, nagu alalisvoolu generaatoris. Kuid on väike eripära - vahelduvvoolu generaatoril on kollektoriüksuse jaoks erinev disain. Selles on iga terminal ühendatud oma juhtiva rõngaga.

Vahelduvvoolugeneraatori tööpõhimõte on järgmine: kui pool mähisest läbib ühe pooluse lähedalt (teine vastavalt vastaspooluse lähedalt), liigub vool vooluahelas ühes suunas minimaalselt kõrgeima väärtuseni. ja jälle nulli. Niipea, kui mähised muudavad oma asukohta pooluste suhtes, hakkab vool liikuma sama mustriga vastupidises suunas.

Sel juhul saadakse vooluahela sisendis signaalivorm sinusoidi kujul, mille poollaine sagedus vastab rootori võlli pöörlemisperioodile. Stabiilse signaali saamiseks väljundis, kus generaatori sagedus on konstantne, peab mehaanilise osa pöörlemisperiood olema konstantne.

gaasi tüüp

Voolugeneraatorite konstruktsioone, kus metallraami asemel kasutatakse laengukandjana juhtivat plasmat, vedelikku või gaasi, nimetatakse MHD generaatoriteks. Rõhu all olevad ained juhitakse magnetintensiivsusega välja. Sama indutseeritud emfi mõjul omandavad laetud osakesed suunalise liikumise, tekitades elektrivoolu. Voolutugevus on otseselt võrdeline magnetvoo läbimise kiirusega, samuti selle võimsusega.

MHD generaatorid on lihtsama disainilahendusega – neil puudub rootori pöörlemismehhanism. Sellised toiteallikad suudavad lühikese aja jooksul tarnida suures koguses energiat. Neid kasutatakse varuseadmetena ja hädaolukordades. Koefitsient, mis määrab nende masinate kasuliku tegevuse (tõhususe), on kõrgem kui elektrilise vahelduvvoolu generaatoril.

Sünkroonse vahelduvvoolu generaator

On olemas järgmist tüüpi vahelduvvoolugeneraatoreid:

Masinad on sünkroonsed.
Masinad on asünkroonsed.

Sünkroongeneraatoril on rootori pöörleva liikumise ja elektri vahel range füüsiline seos. Sellistes süsteemides on rootor südamikest, poolustest ja põnevatest mähistest kokku pandud elektromagnet. Viimased saavad toite alalisvooluallikast läbi harjade ja rõngaskontaktide. Staator on traadi mähis, mis on üksteisega ühendatud tähe põhimõttel ühise punktiga - null. EMF on neis juba indutseeritud ja tekib vool.

Rootori võlli juhib väline jõud, tavaliselt turbiinid, mille sagedus on sünkroniseeritud ja konstantne. Sellise generaatoriga ühendatud elektriahel on kolmefaasiline ahel, mille voolu sagedus eraldi liinis on faasinihke 120 kraadi võrra teiste liinide suhtes. Õige sinusoidi saamiseks juhitakse magnetvoo suunda staatori ja rootori osade vahelises pilus viimase konstruktsiooniga.

Generaatori ergastamine toimub kahel viisil:

Võtke ühendust.
Kontaktivaba.

Kontaktergutusahelas antakse elekter elektromagneti mähistele läbi harjapaari teisest generaatorist. Seda generaatorit saab kombineerida peavõlliga. Tavaliselt on sellel vähem võimsust, kuid piisavalt tugeva magnetvälja tekitamiseks.

Kontaktivaba põhimõte näeb ette, et võlli sünkroonse vahelduvvoolu generaatoril on täiendavad kolmefaasilised mähised, milles pöörlemisel indutseeritakse emf ja tekib elekter. See tarnitakse alaldusahela kaudu rootori ergutusmähistele. Struktuuriliselt pole sellisel süsteemil liikuvaid kontakte, mis lihtsustab süsteemi, muutes selle töökindlamaks.

Asünkroonne generaator

Seal on asünkroonne vahelduvvoolu generaator. Selle disain erineb sünkroonsest. Sellel ei ole EMF-i täpset sõltuvust rootori võlli pöörlemissagedusest. On olemas selline mõiste nagu "slip S", mis iseloomustab seda mõju erinevust. Libisemise suurus määratakse arvutusega, seega on vale arvata, et asünkroonmootoris puudub elektromehaanilise protsessi muster.

Kui tühikäigul töötav generaator on koormatud, tekitab mähistes voolav vool magnetvoo, mis takistab rootori pöörlemist etteantud sagedusel. See tekitab libisemise, mis loomulikult mõjutab elektromagnetväljade teket.

Kaasaegsel asünkroonse vahelduvvoolu generaatoril on liikuva osa seade kolme erineva kujundusega:

Õõnes rootor.
Oravapuuriga rootor.
Libisemine rootor.

Sellistel masinatel võib olla iseseisev ja sõltumatu ergutus. Esimene ahel on realiseeritud kondensaatorite ja pooljuhtmuundurite kaasamisega mähisesse. Sõltumatut tüüpi ergutus luuakse täiendava vahelduvvooluallika abil.

Generaatori ühendusskeemid

Kõik elektriliinide suure võimsusega toiteallikad toodavad kolmefaasilist elektrivoolu. Need sisaldavad kolme mähist, milles genereeritakse vahelduvvoolud, mille faas on üksteisest nihutatud 1/3 perioodist. Kui arvestada sellise toiteallika iga üksikut mähist, saame liinile voolava ühefaasilise vahelduvvoolu. Generaator võib toota kümnete tuhandete voltide pinget. tarbija saab jaotustrafost.

Igal vahelduvvoolugeneraatoril on standardne mähisseade, kuid koormusega ühendamiseks on kahte tüüpi:

täht;
kolmnurk.

Täheühendusega vahelduvvoolugeneraatori tööpõhimõte hõlmab kõigi juhtmete (neutraalsete) ühendamist üheks, mis lähevad koormusest tagasi generaatorisse. See on tingitud asjaolust, et signaal (elektrivool) edastatakse peamiselt väljuva mähisjuhtme (lineaarne) kaudu, mida nimetatakse faasiks. Praktikas on see väga mugav, sest tarbija ühendamiseks pole vaja kolme lisajuhet tõmmata. Liinijuhtmete ning liini- ja nulljuhtmete vaheline pinge on erinev.

Ühendades generaatori mähised kolmnurgaga, suletakse need üksteisega järjestikku üheks ahelaks. Nende liitumispunktidest tõmmatakse jooned tarbijani. Siis pole nulljuhet üldse vaja ja pinge on igal liinil olenemata koormusest sama.

Kolmefaasilise voolu eelis ühefaasilise voolu ees on selle väiksem pulsatsioon alaldamise ajal. Sellel on positiivne mõju toitega seadmetele, eriti alalisvoolumootoritele. Samuti tekitab kolmefaasiline vool pöörleva magnetvälja voolu, mis on võimeline juhtima võimsaid asünkroonseid mootoreid.

Kus on kasutatavad alalis- ja vahelduvvoolugeneraatorid?

Alalisvoolugeneraatorid on mõõtmetelt ja kaalult oluliselt väiksemad kui vahelduvvoolumasinad. Omades viimastest keerukama disaini, on need siiski leidnud rakendust paljudes tööstusharudes.

Neid kasutatakse peamiselt kiirajamitena masinates, kus on vaja kiiruse reguleerimist, näiteks metallitöötlemismehhanismides, kaevanduse elevaatorites ja valtsimistehastes. Transpordis paigaldatakse sellised generaatorid diiselveduritele ja erinevatele laevadele. Paljud tuulegeneraatorite mudelid on kokku pandud püsipingeallikate baasil.

Eriotstarbelisi alalisvoolugeneraatoreid kasutatakse keevitamisel, sünkroontüüpi generaatorite mähiste ergastamiseks, alalisvooluvõimenditena ning galvaaniliste ja elektrolüüsiseadmete toiteks.

Generaatori eesmärk on tööstuslikus mastaabis elektrienergia tootmine. Seda tüüpi energia andis inimkonnale Nikola Tesla. Miks kasutatakse laialdaselt polaarsust muutvat voolu, mitte konstantset voolu? See on tingitud asjaolust, et pideva pinge edastamisel on juhtmetes suured kaod. Ja mida pikem on traat, seda suuremad on kaod. Vahelduvpinget saab transportida suurte vahemaade taha palju madalamate kuludega. Lisaks saate hõlpsasti teisendada vahelduvpinget (seda alandada ja suurendada), mille generaator genereeris 220 V.

Järeldus

Inimene pole lõpuni aru saanud, mis kõike teda ümbritsevat läbistab. Ja elektrienergia on vaid väike osa universumi avalikest saladustest. Masinad, mida me kutsume elektrigeneraatoriteks, on oma olemuselt väga lihtsad, kuid see, mida nad meie heaks teha saavad, on lihtsalt hämmastav. Ometi ei peitu tõeline ime siin mitte tehnoloogias, vaid inimmõttes, mis suutis tungida kosmoses paisatud ideede ammendamatusse reservuaari!

Elektrigeneraator– autonoomse elektrijaama üks koostisosadest, nagu ka paljud teised. Tegelikult on see kõige olulisem element, ilma milleta on elektrienergia tootmine võimatu. Elektrigeneraator muudab pöörleva mehaanilise energia elektrienergiaks. Selle tööpõhimõte põhineb nn iseinduktsiooni fenomenil, kui magnetvälja joontes liikuvas juhis (mähises) tekib elektromotoorjõud (EMF), mis võib (probleemi paremaks mõistmiseks) nimetatakse elektripingeks (kuigi see pole sama asi).

Elektrigeneraatori komponendid on magnetsüsteem (kasutatakse peamiselt elektromagneteid) ja juhtmete süsteem (poolid). Esimene loob magnetvälja ja teine, selles pöörlev, muudab selle elektriliseks. Lisaks on generaatoril ka pingeeemaldussüsteem (kommutaator ja harjad, mähiste teatud viisil ühendamine). Tegelikult ühendab see generaatori elektrivoolu tarbijatega.

Saate ise elektrit hankida, tehes kõige lihtsama katse. Selleks tuleb võtta kaks erineva polaarsusega magnetit või keerata kaks erineva poolusega magnetit üksteise poole ja asetada nende vahele raami kujul metalljuht. Ühendage väike (väikese võimsusega) lambipirn selle otstega. Kui hakkate raami ühes või teises suunas pöörama, hakkab pirn hõõguma ehk raami otstesse tekib elektripinge ja selle spiraali kaudu voolab elektrivool. Sama asi juhtub ka elektrigeneraatoris, ainuke erinevus on see, et elektrigeneraatoril on keerulisem elektromagnetite süsteem ja palju keerulisem juhtide mähis, tavaliselt vask.

Elektrigeneraatorid erinevad nii ajami tüübi kui ka väljundpinge tüübi poolest. Selle liikuma paneva draivi tüübi järgi:

Turbogeneraator – käitab auruturbiin või gaasiturbiinmootor. Kasutatakse peamiselt suurtes (tööstus)elektrijaamades.
Hüdrogeneraator – käitab hüdroturbiin. Seda kasutatakse ka suurtes elektrijaamades, mis töötavad jõe- ja merevee liikumise kaudu.
Tuulegeneraator – töötab tuuleenergiast. Seda kasutatakse nii väikestes (era)tuuleelektrijaamades kui ka suurtes tööstuslikes.
Diiselgeneraatorit ja bensiinigeneraatorit käitavad vastavalt diisel- ja bensiinimootor.

Väljundvoolu tüübi järgi:

DC generaatorid - väljund on alalisvool.
Vahelduvvoolu generaatorid. On ühefaasilised ja kolmefaasilised, vastavalt ühefaasilise ja kolmefaasilise vahelduvvoolu väljundiga.

Erinevat tüüpi generaatoritel on oma disainifunktsioonid ja praktiliselt kokkusobimatud komponendid. Neid ühendab ainult üldine põhimõte luua elektromagnetväli ühe poolisüsteemi vastastikuse pööramise teel teise või püsimagnetite suhtes. Nende omaduste tõttu saavad generaatoreid või nende üksikuid komponente remontida ainult kvalifitseeritud spetsialistid.

Generaator muudab mehaanilise energia elektrienergiaks, pöörates traadi pooli magnetväljas. Elektrivool tekib ka siis, kui liikuva magneti jõujooned lõikuvad traadipooli pöördeid (parempoolne pilt). Elektronid (sinised pallid) liiguvad magneti positiivse pooluse suunas ja elektrivool liigub positiivselt poolusele negatiivsele poolusele. Kuni magnetvälja jooned ületavad pooli (juhti), indutseeritakse juhis elektrivool.

Sarnane põhimõte töötab ka traatraami liigutamisel magneti suhtes (parempoolne kaugem joonis), st kui raam lõikub magnetvälja joontega. Indutseeritud elektrivool liigub nii, et selle väli tõrjub magneti, kui raam sellele läheneb, ja tõmbab enda poole, kui raam eemaldub. Iga kord, kui raam muudab orientatsiooni magneti pooluste suhtes, muudab ka elektrivool oma suunda vastupidises suunas. Niikaua kui mehaanilise energia allikas pöörab juhti (või magnetvälja), genereerib generaator vahelduvvoolu.

Generaatori tööpõhimõte

Lihtsaim vahelduvvoolugeneraator koosneb statsionaarse magneti pooluste vahel pöörlevast traatraamist. Raami kumbki ots on ühendatud oma libisemisrõngaga, mis libiseb mööda elektrit juhtivat söeharja (pilt teksti kohal). Indutseeritud elektrivool liigub sisemisse libisemisrõngasse, kui sellega ühendatud raami pool läbib magneti põhjapoolust, ja vastupidi välimisse libisemisrõngasse, kui raami teine pool läbib põhjapoolust.

Kolmefaasiline generaator

Üks kulutõhusamaid viise suure vahelduvvoolu genereerimiseks on kasutada ühte magnetit, mis pöörleb üle mitme mähise. Tüüpilises kolmefaasilises generaatoris asuvad kolm mähist magneti teljest võrdsel kaugusel. Iga mähis toodab vahelduvvoolu, kui magnetpoolus sellest möödub (parempoolne pilt).

Elektrivoolu suuna muutmine

Kui magnet lükatakse traadi mähisesse, indutseerib see selles elektrivoolu. See vool põhjustab galvanomeetri nõela kõrvalekaldumise nullasendist. Magneti poolilt eemaldamisel muudab elektrivool oma suunda ja galvanomeetri nõel kaldub nullasendist vastupidises suunas.

Vahelduvvoolu

Magnet ei indutseeri elektrivoolu enne, kui selle jõujooned hakkavad traadisilmust ületama. Kui magnetpoolus lükatakse traadi aasasse, indutseeritakse selles elektrivool. Kui magnet peatub, peatub ka elektrivool (sinised nooled) (keskmine diagramm). Kui juhtmeahelast eemaldatakse magnet, indutseeritakse selles elektrivool, mis voolab vastupidises suunas.