Электрический генератор принцип работы: Электрический генератор — Мир Антенн

Содержание

Электрический генератор

Электрический генератор — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в энергию электрического поля. Источниками механической энергии может быть вода, пар, ветер, двигатель внутреннего сгорания и другие.

История

Первыми электрическими генераторами были – электростатические генераторы. Принцип их действия был основан на явлении статического электричества. Но широкого применения в промышленности эти генераторы не получили, так как они развивали высокое напряжение при малом токе. Ярким примером таких генераторов стал генератор Ван де Граафа. Этот генератор был изобретен Робертом Ван де Граафом в 1929 году и в основном служил для ядерных исследований.

Затем люди начали предпринимать попытки по созданию электромагнитных генераторов, то есть генераторов, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции. Одним из первых в этом направлении стал гениальный физик Майкл Фарадей, который как раз и открыл явление электромагнитной индукции.

Также он сформировал принцип работы генераторов, который был назван законом Фарадея. Его суть заключалась в том, что в проводнике, движущемся перпендикулярно магнитному полю, образовывалась разность потенциалов. Доказательством этого принципа стал диск Фарадея. Это простейший генератор, который представлял из себя медный диск, вращающийся между концами подковообразного магнита.

В 1832 году Ипполит Пикси построил первую динамо-машину. Она представляла из себя машину, в которой имелся статор, создающий постоянное магнитное поле и нескольких обмоток, которые в нем вращались. Ток снимался с помощью механического коммутатора. По сути это был первый генератор постоянного тока.

Потом развитие промышленности пошло вверх, и были изобретены генераторы переменного тока, асинхронные и постоянные двигатели.

Принцип действия

Принцип действия электрического генератора основан на взаимодействии проводника и магнитного поля, в котором он движется. Как всегда приводится классический пример с рамкой в магнитном поле.

Когда рамка вращается, её пересекают линии магнитной индукции, при этом в рамке образовывается электродвижущая сила. Эта ЭДС заставляет ток течь по рамке и с помощью контактных колец попадать во внешнюю цепь. Примерно так устроен простейший электрический генератор.

Подробнее пример с рамкой разобран в статье – переменный синусоидальный ток.

Применение

Применение электрических генераторов обширно. Они применяются практически везде, где это только возможно. Снабжают
наши дома электроэнергией, заряжают аккумуляторы в автомобилях, используются в промышленности и многое другое.

В настоящее время стали популярны автономные бензиновые и дизельные электрогенераторы, которые могут служить источниками электрической энергии при её отключении, либо вообще при её отсутствии. Такие генераторы используются в быту и в строительстве, так как форма тока имеет искажения, то без применения специального инвертора, подключать к ним какие-то электронные устройства не целесообразно, так как они могут выйти из строя.

Виды электрических генераторов и принципы их работы

Генераторы переменного тока представляют собой электромашинные агрегаты, выполняющие преобразование механической энергии в электрическую, имеющую переменное поле.

Принцип работы генераторов переменного тока

Принцип действия генераторов переменного тока заключается в использовании в их конструкции специальной системы, посредством которой и получается большой магнитный поток.

В основу конструкции системы включены два сердечника, для изготовления которых используется электротехническая сталь. Пазы одного из элементов предназначены для размещения обмотки, отвечающей за создание магнитного потока, пазы другого отвечают за индукцию ЭДС.

Как правило, внутренний сердечник вращается по горизонтальной или вертикальной орбите и носит название ротора. Статор или второй сердечник остается неподвижным. Уменьшение пространства между этими элементами приводит к увеличению индуктивности магнитного потока.

Основные виды генераторов переменного тока

Существуют асинхронные и синхронные модели. Их основным отличием является конструкция ротора.

В синхронных генераторах переменного тока индуктивные катушки размещены сразу же на самом роторе, в асинхронных на валу предусмотрены пазы, необходимые для размещения обмотки.

Основным эксплуатационным отличием этих типов является то, что синхронные способны выдать на непродолжительное время ток высокой пусковой мощности, которая в несколько раз превышает номинальную.

В этом плане параметры асинхронных моделей несколько скромнее.

Однако при этом производимое ими электричество имеет малые искажения, благодаря чему широко применяются в решении задач по освещению или энергоснабжению бытовой техники.

Очевидно, что потребителей главным образом в плане создания бесперебойного энергоснабжения интересуют устройства, способные соответствовать этому требованию. Для чего и используются именно бытовые генераторы, которые классифицируются по фазности нагрузки, потребляемым энергоресурсам и мощности.

Также основными параметрами генераторов переменного тока являются:

мобильность
непритязательность
надежность
простые рекомендации в эксплуатации

Также генераторы переменного тока можно классифицировать по используемым видам топлива

. В качестве энергоносителей используются дизельное топливо, природный и биогаз, а также аналогичное сырье, получаемое при переработке химических отходов и хозяйственно-бытовых сточных вод.

Критерии выбора генератора переменного тока

Режим работы. Эти устройства способны работать бесперебойно или как резервный источник очень продолжительное время.
Номинальная мощность. Чтобы установить этот показатель следует сложить активные (коэффициент запаса 1,1) и реактивные (коэффициент запаса 2) мощности всех подключаемых потребителей. Если подключаются мощные нагрузки, то потребуются дополнительные устройства, способные сгладить высокие пусковые токи.
Фазность нагрузки. Для однофазных потребителей требуются соответствующие модели, для трехфазных лучше использовать такие же генерирующие устройства. Однако крайне важно произвести максимально точный расчет нагрузки на каждую фазу, чтобы избежать «перекоса фаз».

Надежность. Во многом зависит от производителя и используемых в сборке компонентов. Важно соблюдать и рекомендации по использованию расходных материалов и топлива.
Финансовые затраты. Генератор переменного тока имеет различную стоимость, что позволяет подобрать модель в соответствии с любыми запросами.

Электрический генератор

Электрогенераторы в начале XX века. Гиндукушская ГЭС, на реке Мургаб, бывшая во время ввода в эксплуатацию мощнейшей в Российской империи. Сделано в Венгрии: Компания Ганц, 1909 год.[1] Фотография Прокудина-Горского, 1911 год.
У этого термина существуют и другие значения, см. Генератор.
Основная статья: Электрическая машина
Запрос «Альтернатор» перенаправляется сюда. На эту тему нужно создать отдельную статью
(см. иноязычные аналоги)

Электри́ческий генера́тор — устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

История

Динамо-машина Йедлика

В 1827 венгерский физик Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершён между 1853 и 1856 годами) и стационарная, и вращающаяся части были электромагнитные.

Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора.

Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.

Диск Фарадея

В 1831 году Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток.

Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле.

Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска.

Позднее в униполярных генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких магнитов, распределённых по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.

Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.

Однако, последние достижения (редкоземельные магниты), сделали возможными униполярные двигатели с магнитом на роторе, и должны внести много усовершенствований в старые конструкции.

Динамо-машина

Динамо-машины больше не используются для выработки электроэнергии из-за их размеров и сложности коммутаторов. Эта большая приводимая в действие ременной передачей сильноточная динамо-машина выдавала ток 310 ампер и напряжение 7 вольт или 2170 ватт, когда вращалась с частотой 1400 об/мин.

Основная статья: Динамо-машина

Динамо-машина стала первым электрическим генератором, способным вырабатывать мощность для промышленности. Её работа основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первую динамо-машину построил Ипполит Пикси в 1832 году.

Пройдя ряд менее значимых открытий, динамо-машина стала прообразом, из которого появились дальнейшие изобретения, такие как двигатель постоянного тока, генератор переменного тока, синхронный двигатель, роторный преобразователь.

Динамо-машина состоит из статора, который создаёт постоянное магнитное поле, и набора обмоток, вращающихся в этом поле. На маленьких машинах постоянное магнитное поле могло создаваться с помощью постоянных магнитов, у крупных машин постоянное магнитное поле создаётся одним или несколькими электромагнитами, обмотки которых обычно называют обмотками возбуждения.

Большие мощные динамо-машины сейчас можно редко где увидеть, из-за большей универсальности использования переменного тока в сетях электропитания и электронных твердотельных преобразователей постоянного тока в переменный. Однако до того, как был открыт переменный ток, огромные динамо-машины, вырабатывающие постоянный ток, были единственной возможностью для выработки электроэнергии. Сейчас динамо-машины являются редкостью.

Обратимость электрических машин

Русский учёный Э. Х.

Ленц ещё 1833 году указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если её питать током, и может служить генератором электрического тока, если её ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838 году Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 году парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжёлый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укреплённых неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток.

Генератор был снабжён устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843 году, был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси.

Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851 года) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851—1867) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами.

Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863 году.

При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты.

Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением даёт ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя.

В 1866—1867 годах ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

В 1870 году бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретённый ещё в 1860 году А. Пачинотти.

В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укреплённый на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря.

Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводился с помощью металлических щёток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873 году демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединённые проводами длиной 1 километр.

Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос.

Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики.

Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой.

Заряды вырабатывались, используя один из двух принципов:

электростатическую индукцию
трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков

По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.

Другие электрические генераторы, использующие вращение

Без коммутатора динамо-машина является примером генератора переменного тока. С электромеханическим коммутатором динамо-машина — классический генератор постоянного тока.

Генератор переменного тока должен всегда иметь постоянную частоту вращения ротора и быть синхронизирован с другими генераторами в сети распределения электропитания.

Генератор постоянного тока может работать при любой частоте ротора в допустимых для него пределах, но вырабатывает постоянный ток.

МГД генератор

Магнитогидродинамический генератор напрямую вырабатывает электроэнергию из энергии движущейся через магнитное поле плазмы или другой подобной проводящей среды (например, жидкого электролита) без использования вращающихся частей.

Разработка генераторов этого типа началась потому, что на его выходе получаются высокотемпературные продукты сгорания, которые можно использовать для нагрева пара в парогазовых электростанциях и таким образом повысить общий КПД.

МГД генератор является обратимым устройством, то есть может быть использован и как двигатель.

Классификация

Электромеханические
- Индукционные
- Электрофорная машина
Термоэлектрические
- Термопары
- Термоэмиссионные преобразователи
Фотоэлементы
Магнитогидро (газо)динамические генераторы
Химические источники тока
- Гальванические элементы
- Топливные элементы
Биогенераторы

Электромеханические индукционные генераторы

Электромеханический генера́тор — это электрическая машина, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.

E
=
−

d
Φ

d
t

{displaystyle E=-{frac {dPhi }{dt}}}

— устанавливает связь между ЭДС и скоростью изменения магнитного потока

{displaystyle Phi }

пронизывающего обмотку генератора.

Классификация электромеханических генераторов

По типу первичного двигателя:
- Турбогенератор — электрический генератор, приводимый в движение паровой турбиной или газотурбинным двигателем;
- Гидрогенератор — электрический генератор, приводимый в движение гидравлической турбиной;
- Дизель-генератор — электрический генератор, приводимый в движение дизельным двигателем;
- Ветрогенератор — электрический генератор, преобразующий в электричество кинетическую энергию ветра;
По виду выходного электрического тока:
- Трёхфазный
- Однофазный
Вид соединения обмоток:
- С включением обмоток звездой
- С включением обмоток треугольником
По способу возбуждения
- С возбуждением постоянными магнитами
- С внешним возбуждением
- С самовозбуждением
  - С последовательным возбуждением
  - С параллельным возбуждением
  - Со смешанным возбуждением

См.

также

Тахогенератор
Униполярный генератор

Примечания

↑ Studiolum:. Abraham Ganz at the Hindukush (англ.). Архивировано 1 октября 2015 года.

Ссылки

Униполярный генератор, Компьютерра
Конструкции электрических машин

Для улучшения этой статьи желательно:

Проставив сноски, внести более точные указания на источники.

Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

Виды генераторов электрического тока

Главная » Статьи » Виды генераторов электрического тока

Генераторы представляют собой устройства, которые преобразуют механическую энергию в электрическую. Как правило, они производят электрический ток двух видов – постоянный и переменный.

Генераторы постоянного и переменного тока

Если рассматривать генератор постоянного тока, то в его состав его конструкции входит неподвижный статор с вращающимся ротором и дополнительной обмоткой. За счет движения ротора вырабатывается электрический ток. Генераторы постоянного тока в основном используются в металлургической промышленности, морских судах и общественном транспорте.

Генераторы переменного тока вырабатывают энергию за счет вращения ротора в магнитном поле. Путем вращения прямоугольного контура вокруг неподвижного магнитного поля, механическая энергия преобразуется в электрический ток. Данный вид генератора имеет преимущество в том, что ротор (основной движущий элемент) вращается быстрее, чем в генераторах переменного тока.

Синхронные и асинхронные генераторы

Генераторы, вырабатывающие переменный ток бывают синхронными и асинхронными. Они отличаются друг от друга своими возможностями. Мы не будем подробно рассматривать их принцип работы, а остановимся лишь на некоторых особенностях.

Синхронный генератор конструктивно сложнее асинхронного, вырабатывает более чистый ток и при этом легко переносит пусковые перегрузки.

Синхронные агрегаты отлично используются для подключения техники, которая чувствительно реагирует на перепады напряжения (компьютеры, телевизоры и различные электронные устройства).

Также, отлично справляются с питанием электродвигателей и электроинструментов.

Асинхронные генераторы, благодаря простоте конструкции достаточно стойки к короткому замыканию. По этой причине они используются для питания сварочной техники и электроинструментов. К данным агрегатам ни в коем случае нельзя подключать высокоточную технику.

Однофазные и трехфазные генераторы

Необходимо учитывать характеристику, связанную с типом вырабатываемого тока. Однофазные модели выдают 220 В, трехфазные — 380 В. Это очень важные технические параметры, которые необходимо знать каждому покупателю.

Однофазные модели считаются самыми распространенными, поскольку часто используются для бытовых нужд. Трехфазные позволяют напрямую снабжать электроэнергией крупные промышленные объекты, здания и целые поселки.

Перед покупкой генератора, необходимо владеть определенной технической информацией, понимать, чем они отличаются, поскольку это поможет Вам выбрать достойную модель, конкретно для ваших нужд, а также избавиться от лишних хлопот и сэкономить средства.

Компания «ООО «Кронвус-Юг»» реализует и изготавливает бензиновые, дизельные, и газовые электростанции, которые вы можете купить по выгодной цене.

Виды генераторов (электростанций): Дизельные, бензиновые, газовые, портативные, передвижные

Использование энергетических ресурсов нуждается в преобразовании одних форм энергии в другие. Устройства, в которых такое преобразование происходит, являются преобразователями энергии.

Данное преобразование, как правило, включает в себя промежуточную стадию: энергия простого носителя предварительно преобразуется в механическую, а после этого полученная механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

Энергетический преобразователь, преобразующий механическую энергию в электрическую энергию или наоборот, называется электрической машиной.

Электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую энергию, называются электрическим генератором.

Любая электрическая машина является электромагнитным устройством, которое включает в себя взаимозависимые магнитные и электрические цепи.

Если встал вопрос, как выбрать электростанцию или генератор, то нужно учитывать множество факторов:

мощность,
время непрерывной работы,
вид топлива,
производителя и т.д.

Ниже приведена классификация генераторов по различным параметрам.

По типу первичного двигателя промежуточной стадии электрические генераторы бывают:

турбогенераторами, приводимыми в движение газотурбинным двигателем;
гидрогенераторами, приводимыми в движение гидравлической турбиной;
дизель-генераторами, бензо-генераторами, газогенераторами, приводимыми в движение двигателем внутреннего сгорания;
ветрогенераторами, приводимыми в движение энергией ветра.

По виду выходного электрического тока бывают электрические генераторы:

Постоянного тока. Их принцип действия основан на законе электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году, — электродвижущая сила индуцируется в прямоугольном контуре, который находится в однородном вращающемся магнитном поле. Преобразование в постоянный ток осуществляется посредством электромеханического выпрямителя – коллектора.
Переменного тока. В основе их действия также лежит закон электромагнитной индукции. Поток электрических зарядов вызван перемещением электрического проводника. Это движение создает разность напряжений между двумя концами провода, что в свою очередь заставляет двигаться электрические заряды, таким образом, генерируя электрический ток.

По мобильности:

Портативные (переносные). Такой тип генератора является одним из наиболее эффективных и удобных решений вопроса резервного электроснабжения загородного дома, обеспечения электричеством в туристическом походе, улучшения условий проживания в длительных путешествиях и экспедициях. Если необходим независимый источник питания, и вы не знаете, как выбрать генератор бензиновый, то первое, что нужно учесть, что его мощность колеблется в пределах от 0,5 до 12 кВт и для крупных объектов не подходит. Хотя малый вес и экономичность делает его популярным резервным источником питания. Эти генераторы оснащены двигателями с воздушным охлаждением.
Передвижные. Для такого типа генератора не требуется специальное помещение и монтаж. Оборудование имеет постоянную готовность к срочной эксплуатации. Установка на шасси позволяет доставить оборудование (прицепную электростанцию) в труднодоступную точку, где нет электричества.
Стационарные генераторы и электростанции. Применяются для бесперебойной подачи электрической энергии значительных мощностей. Не подлежат транспортировке и имеют постоянное место нахождения. Используются на строительных площадках, различных промышленных объектах непрерывного производства, в торговых центрах и проч. Такие генераторы имеют жидкостное охлаждение с использованием антифриза (радиаторное охлаждение).

В свою очередь стационарные генераторы бывают закрытого и открытого типа (закрытый тип имеет шумопоглощающий всепогодный кожух, открытый тип может быть установлен в помещении, где нет ограничений по уровню шума).

По назначению:

Бытовые. Из-за способности эффективного обеспечения электрической энергией не более 8 часов в сутки, бытовые генераторы используются как резервный источник при кратковременных отключениях электроэнергии централизованными линиями электропередач на дачах, в загородных домах, на небольших производствах. Зачастую эти устройства бывают бензиновыми, весят от 25 до 200кг, просты в обслуживании, имеют небольшие габариты.
Профессиональные. Предназначены для интенсивного использования на крупных объектах (больницах, супермаркетах, стройплощадках, промышленных предприятиях), а также в жестких условиях эксплуатации. Могут работать в качестве как основных, так и резервных источников электроэнергии. Имеют большой моторесурс.

По применению:

Резервные. Используются как резервные источники электроэнергии (при аварийном или временном отключении электричества).
Основные. Используются там, где вообще отсутствует электроснабжение.

По числу фаз:

Однофазные. Подходят для подключения только однофазных потребителей с нагрузкой 220В.
Трехфазные. Этот тип генератора может выдавать как 220В, так и 380В. Он используется для подключения трехфазных потребителей, а также может быть подключен к 1-фазным потребителям, но в этом случае необходимо равномерное распределение нагрузки между фазами (разница мощностей на разных фазах не должна отличаться на 20-25%). Трехфазные дизельные генераторы имеют больший КПД по сравнению с однофазными бензиновыми.

По виду пуска или степени автоматизации:

Ручной. Запускается пусковой рукояткой.
Электростартерный или автоматический. Запускается поворотом ключа или нажатием на кнопку. Также может иметь дистанционный запуск пультом, соединенным с генератором кабелем.

По виду топлива в двигателе внутреннего сгорания:

Бензиновые. Работают на высокооктановых сортах бензина. Расход топлива составляет 1-2,5 л в час. Предел непрерывной работы – 12 часов, в связи с чем не используются в качестве полной замены электроснабжению, но купить электростанцию на бензине для аварийного и резервного источника с небольшими мощностями – оптимальный вариант. Бензиновые генераторы просты в эксплуатации, с низким уровнем шума, однако имеют низкий КПД по сравнению с дизельными аналогами.
Дизельные. Работают на дизельном дистиллятном и остаточном топливе. Благодаря обеспечению низкой стоимости вырабатываемой электроэнергии имеют быструю окупаемость. Расход топлива составляет 2-3 л в час. Несмотря на большую стоимость по сравнению с бензиновыми установками, этот тип генераторов экономичнее, имеет больший моторесурс, может работать в суровых условиях с сильной запыленностью и при низких температурах. Купить генератор дизельный – значит обеспечить объект оборудованием, рассчитанным на интенсивное использование.
Газовые. Работают на пропан-бутановых смесях и природном газе. Требуют врезку к газовой магистрали или периодическую замену баллона. Отличаются стабильной, надежной и экономичной работой, выдают мощности в диапазоне от 1,5 кВт до десятков тысяч, в результате чего используются на объектах с высоким энергопотреблением. Из-за низкого давления на поршень двигателя, установка работает бесшумно и без вибраций, полное сгорание газа обеспечивает чистоту выхлопа. Особенность: запуск двигателя может быть только при плюсовых температурах, поэтому генератор должен устанавливаться в отапливаемых помещениях.

По производителю

Дизельные: Honda, Kubota, Yamaha (Япония), John Deer (США), Hatz (Германия), Perkins (Великобритая) и др. Продукцию Hondа отличает бесшумность работы и долговечность двигателя. Бензиновые: Mecc Alte, Sincro, Soga (Италия), Stamford (Великобритания) и др. Синхронные генераторы Mecc Alte отличаются высочайшим качеством, безопасностью и надежностью.

Наличие собственного, независимого источника электроэнергии – важное дополнение к техническому оборудованию частного домовладения или предприятия. Электрогенератор решает многие проблемы, связанные с электроснабжением. Правильная эксплуатация и должное сервисное обслуживание позволит использовать электростанции многие годы.

Электрический генератор. Основное оборудование электрических станций и подстанций

Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

История изобретения генератора электрического тока

Русский ученый Э.Х.Ленц еще в 1833г.

указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если ее питать током, и может служить генератором электрического тока, если ее ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток.

Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси.

Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами.

Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863г.

Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866-1867гг.

ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

В 1870г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г. А.Пачинотти.

В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря.

Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км.

Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой.

Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:

Электростатическую индукцию
Трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков

Принцип работы любого электрического генератора

Принцип работы любого электрического генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция преобразовывает механическую энергию двигателя (вращение0 в энергию электрическую.

Принцип магнитной индукции: если в однородном магнитном поле В равномерно вращается рамка, то в ней возникает, переменная Э.Д.С., частота которой равна частоте вращения рамки.

Будем ли мы вращать рамку в магнитном поле, или магнитное поле вокруг рамки, либо магнитное поле внутри рамки, результат будет один — Э.Д.С., изменяющаяся по гармоническому закону.

Вот теперь и поговорим о асинхронном и синхронном генераторе более подробно.

Синхронный электрогенератор

Синхронный электрогенератор — это синхронная машина, работающая в режиме генератора в которой частота вращения магнитного поля статора равна частоте вращения ротора. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. В синхронном генераторе ротор выполнен виде постоянного магнита или электромагнита.

Число полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но кратно двум. В бытовых электростанциях используется, как правило, ротор с двумя полюсами, чем и обусловлена частота вращения двигателя электростанции 3000 об/мин. Ротор, при запуске электростанции, создает слабое магнитное поле, но с увеличением оборотов, увеличивается и ЭДС в обмотке возбуждения.

Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки (AVR) поступает на ротор, контролируя выходное напряжение за счет изменения магнитного поля. Например, подключенная индуктивная нагрузка размагничивает генератор и снижает напряжение, а при подключении емкостной нагрузки происходит подмагничивание генератора и повышение напряжения.

Это называется «реакцией якоря».

Для обеспечения стабильности выходного напряжения необходимо изменять магнитное поле ротора путем регулирования тока в его обмотке, что и обеспечивается блоком AVR.

Преимуществом таких генераторов является высокая стабильность выходного напряжения, а недостатком — возможность перегрузки по току, так как при завышенной нагрузке, регулятор может чрезмерно повысить ток в обмотке ротора. Еще к недостаткам синхронного генератора можно отнести наличие щеточного узла, который рано или поздно придется обслуживать.

Благодаря такому способу регулировки, вне зависимости от изменения тока нагрузки и оборотов двигателя электростанции стабильность выходного напряжения генератора остается очень высокой, примерно ±1%.

Асинхронный электрогенератор

Асинхронный электрогенератор — асинхронная машина (двигатель) работающая в режиме торможения, ротор которой вращается с опережением, но в том же направлении что и магнитное поле статора. В зависимости от типа обмотки, ротор может быть короткозамкнутым либо фазным.

Вращающееся магнитное поле, созданное вспомогательной обмоткой статора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке статора, так же как и в синхронном генераторе.

Вращающееся магнитное поле остается всегда неизменным и не регулируемо, вследствие чего напряжение и частота на выходе генератора зависит от частоты оборотов ротора, а следовательно от стабильности работы двигателя электростанции.

Несмотря на простоту обслуживания, малую чувствительность к короткому замыканию и невысокую стоимость, асинхронные генераторы применяются достаточно редко, так как имеются ряд недостатков: асинхронный генератор всегда потребляет намагничивающий ток значительной силы, поэтому для его работы необходим источник реактивной мощности (конденсаторы), зависящий от активно-индуктивного характера нагрузки; ненадежность работы в экстремальных условиях; возбуждение асинхронного генератора зависит от случайных факторов и происходит, как правило, при скорости превышающей или равной синхронной; зависимость выходного напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя и т. д.

Устройство генератора

Основными частями любого генератора являются: система магнитов (или, чаще всего, электромагнитов), создающих магнитное поле, и система проводников, пересекающих это магнитное поле.

При пропускании магнитного поля через катушку магнитный поток принудит свободные электроны сместиться на концы проводника. Подобное смещение отрицательно заряженных частиц становится источником возникновения электродвижущей силы — ЭДС (напряжение).

В результате у генератора при вращении его оси идёт постоянное воздействие магнитного потока на обмотки, на которых и возникает ЭДС.

Составные части генератора:

коллектор,
щетки,
магнитные полюса,
витки,
вал,
якорь.

Принцип действия генератора

Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС. Следовательно, такой проводник можно использовать как источник электрической энергии.

Виды генераторов

электрогенераторы,
бензогенераторы,
дизельгенераторы,
инверторные генераторы.

Применение

Генераторы используются во многих сферах жизнедеятельности и производства, при различных условиях. Бензогенераторы незаменимы в случае отключения электричества в небольших загородных домах и дачах.

Кроме того, их удобно применять в тех местах, где нет электроэнергии (отдаленные районы, горы, леса). Дизельные генераторы применяется в качестве основного или резервного источника электропитания. Инверторные генераторы незаменимы как источник дополнительного питания для электронного оборудования.

Такие электростанции исспользуются организациями, использующими различную электронную технику.

Основные виды генераторов и принципы их работы

Генератор — прибор, который вырабатывает электроэнергию за счет преобразования ее из механической энергии ДВС, ротора или турбины. Эти устройства бывают двух видов — генератор переменного тока и постоянного.

Генератор переменного тока использует в работе магнитное поле вращения (электромагнитную индукцию).

То есть, он оснащен ротором, за счет вращательных движений которого в магнитном поле происходит выработка электроэнергии.

Такой генератор имеет некоторое преимущество, и заключается оно в том, что движущий элемент устройства (ротор) совершает вращающиеся движения намного быстрее, чем в генераторе постоянного тока.

Генератор переменного тока может быть синхронным и асинхронным. На сегодняшний день практически везде используются синхронные устройства. Наиболее популярными являются трехфазные, так как они имеют более высокие качественные и эксплуатационные характеристики, нежели однофазные.

Более мощные генераторы используются, как правило, на электрических станциях, а те, которые не отличаются особой силой, прекрасно служат для автономного электроснабжения, устанавливаются в преобразователях частоты (дизель-генератор), автомобилях или на морском транспорте.

Дизель-генератор — устройство, состоящее из генератора электрического тока и электродвигателя, которые соединяются друг с другом. Оно служит для преобразования одного вида тока в другой (как правило, переменного в постоянный). И, кроме того, используется для преобразования частоты тока и числа фаз.

Дизель-генератор устанавливали, например, на металлургических производствах, для питания электролитических ванн и проч. Но с 60-х годов прошлого века эти устройства практически везде заменены на более совершенные и экономичные статические полупроводниковые преобразователи.

Устройство, преобразовывающее механическую энергию в постоянный ток за счет, опять же, вращения двигателя или ротора — это генератор постоянного тока. Но он сложнее, его вес и стоимость намного больше, чем генератора переменного тока.

Применяется генератор постоянного тока, в основном, в тех отраслях, в которых предпочтительным или необходимым является именно переменный ток. Например, это — предприятия металлургии и электролизной промышленности.

Часто генератор постоянного тока используется на электростанциях в качестве возбудителя цепи синхронных генераторов или основного источника энергии, а также находит применение на транспорте и морских судах.

Генератор. Его специфика и принцип работы

Генератор – это устройство, которое преобразует механическую энергию, полученную от внешнего источника, в исходную электрическую энергию.

Эта совокупность электрических зарядов составляет выходной электрический ток, подаваемый генератором.

Рабочий механизм такого устройства понятен, если учитывать то, что генератор является аналогом водяного насоса, что способствует потоку воды, однако не «производит» воду, которая движется сквозь него.

Нововведенные генераторы выполняют свою работу исходя из принципа электромагнитной индукции, впервые исследованной Майклом Фарадеем.

Изобретатель сделал открытие, согласно которому заряженный электрический поток может быть спровоцирован переносом непосредственного руководителя электроэнергии, такого как проволока с электрическим зарядом, к центру магнитного поля.

Это перемещение генерирует различное напряжение между двумя концами проволоки или электропроводника, что провоцирует электрические заряды, которые в дальнейшем будут производить электрический ток.

Основные составляющие генератора:

Двигатель
Генератор переменного тока
Топливная система
Регулятор напряжения
Системы охлаждения и выхлопа
Смазочная система
Зарядное устройство
Панель управления
Каркас

1. Двигатель является основой механической энергии, поставляемой к генератору. Размер двигателя прямо пропорционален максимальному объёму выходной энергии, которую способен обеспечить генератор.

К тому же, топливо, используемое в двигателях, зависит от габаритов самого устройства.

Двигатели малой емкости функционируют на дизельном топливе, а большие двигатели – на природном газе, бензине, а также на пропане в сжиженной или газообразной форме.

Кроме того, внутри цилиндра двигателя есть специальный чехловой рукав в качестве своеобразной обшивки, что, в свою очередь, предотвращает износ внутренней конструкции.

Ученые создали еще один вид двигателя с расположением клапанов сверху. Такая конструкция не похожа на другие виды двигателей, поскольку впускные и выпускные клапаны расположены в передней части цилиндра.

Такие двигатели удобны в использовании благодаря компактному дизайну, легкому принципу работы, массивности каркаса, низких уровнях шума и загрязнения окружающей среды в процессе работы.

Однако, стоимость двигателей такого качества значительно выше других.

2. Генератор переменного тока – это один из элементов генератора, который преобразует механическую входную энергию двигателя в электрическую выходную.

В нем содержатся стойкие и движущиеся детали, что в дальнейшей работе вызывает движение между магнитным и электрическим полями, которые создают электрическую энергию, а его металлический корпус обеспечивает долговечность устройства.

Примером неподвижной детали есть статор. В нем содержится скопление проводников электроэнергии, намотанных на катушки. Ротор – движущийся компонент, который вращается внутри магнитного поля благодаря индукции магнитов источника постоянного тока.

3. Топливная система. Стандартный топливный бак с достаточной емкостью и мощностью может обеспечить работу генератора на протяжении 6-8 часов. Трубы топливного бака и двигателя соединены между собой.

По ним топливо поступает из бака к двигателю (линия подачи), а затем из двигателя в резервуар (линия отдачи). Вентиляционная труба предотвращает накопление давления или вакуума установки.

Переливная труба в качестве посредника между топливным баком и дренажной трубой не позволяет переполнять бак при заправке и предупреждает попадание жидкости на генератор. Электрический топливный насос поставляет топливо из резервуара к дневному баку.

Фильтр очищает топливо от воды и примесей во избежание коррозии и загрязнения. Распылитель топлива распределяет необходимый объём топлива в камеру сгорания двигателя.

4. Регулятор напряжения настраивает выходное напряжение генератора и превращает его переменный ток в постоянный.

Затем регулятор напряжения направляет этот постоянный ток на подборку вторичных обмоток в статоре, которые в свою очередь провоцируют поток переменного тока.

В данных обмотках содержатся выпрямители тока, которые отвечают за конвертирование тока в постоянный. Этот поток постоянного тока подается к ротору (установке) для создания переменного тока соответственно.

Этот цикл длится до момента производства генератором выходного напряжения, равного его полной рабочей способности. В условиях большей емкости генератора, регулятор напряжения генерирует меньший поток переменного тока. Когда генератор работает на полную мощность, этот регулятор вызывает достаточный поток постоянного тока для поддержания генератора при полном ходе работы.

5. Система охлаждения. При непрерывном процессе работы генератора (обязательно в хорошо проветриваемом помещении), его составляющие в определенной степени нагреваются.

Для этого и необходима система охлаждения и вентиляции, чтобы удалить тепло, которое накопилось во время рабочего цикла.

Для охлаждения обычно применяют пресную воду или водород, которые изымают тепло из генератора и транспортируют его по теплообменнику ко вторичной обмотке, в ней содержится химическая формула Н2О с минералами в качестве охладителя.

Система выхлопа. Выхлопные газы, выделяемые генератором, подобные тем, что возникают в дизельных или газовых двигателях и содержат ядовитые токсичные вещества.

Поэтому, необходимо обеспечить дизельный генератор выхлопной системой высокого качества для утилизации опасных газов во избежание смерти на предприятиях в результате удушения чадным газом.

Составляющие элементы стандартных выхлопных труб – это чугун, кованое железо или сталь для большей безопасности.

6. Смазочная система. Так как внутри генератора имеются движущиеся детали, для этого них необходима регулярная смазка специальными маслами для долговечности и плавного скольжения по внутренней конструкции генератора.

7. Зарядное устройство. Запуск генератора осуществляется при помощи батареек, а его зарядка – при помощи автоматического аккумулятора. Если напряжение при зарядке выше нормы, это сокращает продолжительность работы аккумулятора. Нержавеющая сталь, из которой изготавливаются такие зарядные устройства, останавливает процесс коррозии.

На панели управления отображаются различные приложения, датчики параметров двигателя, которые включают в себя давление масла, температуру теплоносителя, напряжение аккумулятора, скорость вращения двигателя и срок службы, датчики генератора, а именно счетчики для измерения выходного тока и напряжения, рабочей частоты, а также автоматический включение и отключение. Другие элементы управления представляют собой переключатель фазового селектора, частотный выключатель и переключатель управления двигателем на ручной или автоматический режим.

9. Каркас. Дизельные генераторы покрыты заземленным прочным корпусом для обеспечения крепления всех частей.

Преимущества дизельных генераторов

Дизельные генераторы устанавливают непрерывный равномерный поток напряжения на других устройствах, позволяют регулировать колебания.

Они изготавливаются для стабильного использования и имеют меньшее количество подвижных частей в отличие от других типов генераторов. А значит, для них не обязательное постоянное техническое обслуживание и ремонт.

Дизельные генераторы экономнее бензиновых. Это обеспечивает более длинную продолжительность рабочего цикла при одинаковой мощности.

Дизельное топливо дешевле, чем бензин, потому дизельные генераторы дешевле в использовании. Частично это связано с тем, что дизельные двигатели не содержат в себе свечи зажигания или карбюраторы. Главным постоянным требованием к обслуживанию дизельного двигателя является регулярная смена масла.

Также одним из преимуществ таких видов генератора является его долговечность. В отличие от бензинового генератора, дизельный работает на 3 года дольше. Кроме того, дизельное топливо менее легковоспламеняющееся по сравнению с бензином.

Во избежание потенциальных убытков

В результате сажа и остатки от неиспользованного топлива могут скапливаться, что негативно влияет на поршневые кольца генератора. Во избежание этого, необходимо использовать генератор примерно на 70% от максимальной нагрузки.

Хотя эти генераторы составляют высокую стоимость, однако они являются надежным источником электроэнергии, что значительно улучшит работу на предприятии.

Использование дизельных генераторов в промышленности:

для энергообеспечения населенных пунктов, заводов, аэродромов и аэропортов;
для обеспечения электроснабжением водного, железнодорожного видов транспорта и с/х техники;
в качестве вспомогательного источника энергии для карьерных самосвалов.

Газопоршневая электростанция принцип работы — IEC Energy

Газопоршневая установка (ГПУ) — это вид энергетического оборудования, предназначенного для нецентрализованного производства электрической энергии. В зависимости от комплектации ГПУ дополнительными устройствами агрегат также может служить источником дополнительных энергоресурсов:

тепловой энергии в виде горячей воды и/или пара;
охлаждённой воды как хладагента.

Основу газопоршневой установки составляет приводной двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работающий на природном газе. На одной раме с ним установлен синхронный электрический генератор.

Двигатели внутреннего сгорания, использующие в качестве топлива газ, называют газопоршневыми двигателями (ГПД).

Принцип работы двигателя газопоршневой установки

Газопоршневой двигатель, используемый в ГПУ, является конструктивной разновидностью двигателя внутреннего сгорания. По этой причине плюсы и минусы ГПУ имеют общие черты с другими установками, использующими ДВС. Источником энергии, вырабатываемой ГПД, служит теплота сгорания газообразного топлива.

Двигатели газопоршневых установок оборудованы внешней системой образования рабочей газо-воздушной смеси. В функции системы входит подготовка смеси воздуха с горючим газом в требуемой пропорции. Эта работа осуществляется газовым смесителем с трубками Вентури.

В газопоршневых установках производства компании MTU применяются двигатели, оборудованные системой турбонаддува. Вращение турбины происходит за счёт использования энергии выхлопных газов двигателя. Турбина служит приводом компрессора, создающего избыточное давление для нагнетания топливной смеси в цилиндры. Такая схема топливоподачи в сочетании с использованием обеднённой топливной смеси обеспечивает уменьшение удельного расхода топлива в расчёте на 1 кВт вырабатываемой мощности. Для воспламенения топлива применяется искровое высоковольтное зажигание.

Газопоршневые установки MTU оснащены двигателями с V-образным расположением цилиндров, количество которых в зависимости от мощности агрегата может быть от 8 до 20.

Генератор газопоршневой установки

Газопоршневая электростанция — это совместная работа ГПД и синхронного генератора переменного тока. Конструктивно синхронный генератор состоит из следующих элементов:

неподвижного статора, содержащего обмотку переменного тока;
вращающегося ротора, находящегося внутри статора.

На роторе расположена обмотка постоянного тока, которая питается от внешнего источника и называется обмоткой возбуждения.

Принцип работы газопоршневой электростанции с синхронным генератором заключается в следующем:

приводной двигатель вращает вал ротора генератора;
ток, протекающий в обмотке возбуждения, создаёт вращающееся электромагнитное поле;
поле обмотки ротора индуцирует переменное синусоидальное напряжение в обмотке статора, которое используется для питания нагрузки электростанции.

Особенностью синхронного генератора является совпадение частоты вращения ротора с частотой вращения электрического поля обмотки возбуждения. Неотъемлемая часть синхронного генератора — контактный щёточно-коллекторный механизм. Его наличие связано с необходимостью подачи питания на обмотку возбуждения, вращающуюся вместе с ротором.

Генератор крепится на рамном основании ГПУ в непосредственной близости от ГПД. Валы генератора и двигателя сопряжены соосно.

Основные системы ГПУ

Газопоршневая установка — это не только двигатель и генератор, собранные на одной раме, но и большое количество вспомогательного оборудования. Рассмотрим его подробнее на примере ГПУ GB2145N5/ 20V4000L33 производства MTU Onsite Energy (Германия).

Мотор без вспомогательных агрегатов

Картер мотора из серого чугуна с монтажными отверстиями, картер маховика SAE 00, маховик 21, масляная ванна из серого чугуна.
Кованый коленчатый вал.
Кованый шатун.
Отдельные четырех-клапанные цилиндрические головки, армированные клапаны с устройством вращения клапана Rotocap.
Цельный поршень (из легкого сплава) с упрочняющей вставкой для кольца; канал для охлаждения; охлаждение поршня через заправочные жиклеры.

Смесеобразование

Всасывание воздуха через установленные на моторе воздухоочистители с сухим фильтрующим элементом.
Газовый смеситель с трубками Вентури; подача газа через электрически регулируемый клапан-дозатор.

Наддув

Сжатие смеси турбокомпрессором, работающим на отработавших газах.
Двухступенчатый смесительный охладитель.
Дроссельные клапаны между смесительным охладителем и трубопроводами распределения смеси.

Система отработавшего газа

Неохлаждаемые, изолированные выпускные коллекторы в пространстве V-образного ДВС.

Система зажигания

Система зажигания высокого напряжения управляется микропроцессором, вкл. распределение низкого напряжения, без движущихся деталей, не изнашивается.
Автоматическая регулировка энергии зажигания.
Различные моменты зажигания.
Датчики на маховике и распределительном вале.
Катушки зажигания для каждого цилиндра.
Промышленные свечи зажигания.

Система смазки двигателя

Данная система предназначена для обеспечения двигателя смазочным маслом и включает:

насос смазочного масла с предохранительным клапаном для циркуляционной смазки под давлением и охлаждения поршней,
установленный на моторе водомасляный теплообменник,
бумажный масляный фильтр со сменным фильтрующим элементом,
система контроля уровня масла (установлена на моторе),
указатель уровня масла,
охлаждение кривошипной камеры через маслоотделитель в контуре смеси перед турбокомпрессором,
соединительные разъемы для заливки и слива масла.

Система пуска, зарядное устройство, аккумулятор

Система пуска двигателя — электро-стартерная. Она состоит из следующих основных компонентов:

Стартер — электрический стартер (24 В пост. тока).
Аккумуляторы стартера — комплект свинцово-кислотных аккумуляторов на напряжение 24В (согласно DIN 72311), укомплектованных крышками, клеммами и аккумуляторным пробником для контроля плотности.
Устройство контроля напряжения аккумулятора.
Оборудование для зарядки аккумулятора предназначено для зарядки стартерных батарей с I/U характеристикой и питания всех подключенных потребителей постоянного тока DC.

Генератор 6,3 кВ

Синхронный генератор с внутренними полюсами, саморегулируемый, встроенный бесщеточный возбудитель, регулировка напряжения и cos ϕ. Исполнение согласно VDE0530, степень помех радиоприему N, конструкция с малым количеством гармоник.

1.1 Газовая рампа 200 мбар

Газовая рампа низкого давления состоит из предварительно смонтированной на заводе-изготовителе газовой рампы со следующим установленным оборудованием:

механический фильтр,
регулятор давления газа,
блок отсечных клапанов,
устройство контроля герметичности,
реле давления,
гибкий шланг для соединения с двигателем.

1.2 Блок системы охлаждения двигателя (тепловой модуль IEC)

Система охлаждения двигателя предназначена для полезного использования тепловой энергии охлаждения воды рубашки двигателя, охлаждения масла и топливной смеси. Отбор тепловой энергии осуществляется в виде горячей воды с температурой 70/85⁰С с помощью соответствующих теплообменников.

Блок системы охлаждения двигателя (тепловой модуль IEC) поставляется смонтированным на отдельной раме, которая устанавливается рядом с двигателем, и включает следующее оборудование:

пластинчатый теплообменник для подключения к тепловой сети (теплообменник пластинчатого типа, предназначен для подогрева сетевой воды горячей водой двигателя),
расширительный бак контура охлаждения двигателя,
расширительный бак контура охлаждения топливной смеси,
запорную и предохранительную арматуру, КИП,
3-х ходовой клапан контура воды рубашки,
3-х ходовой клапан контура охлаждения смеси,
3-х ходовой клапан контура аварийного охлаждения,
насос контура охлаждения двигателя,
насос контура охлаждения 2-ой ступени топливной смеси,
двигателя,
насос сетевой воды,
необходимые компенсаторы и гибкие шланги,
трубная обвязка блока системы охлаждения двигателя,
несущая рама блока системы охлаждения двигателя.

1.3 Радиатор аварийного охлаждения

Система аварийного охлаждения

Данная система предназначена для сброса тепла системы охлаждения двигателя и обеспечения бесперебойной работы когенерационного модуля на режимах как с частичной тепловой нагрузкой, так и без нее через радиатор. Радиатор разработан для температуры окружающей среды 32°С.

Система состоит из радиатора (воздушный теплообменник).

1.4 Радиатор охлаждения 2-ой ступени топливной смеси

Система охлаждения 2-ой ступени топливной смеси

Данная система предназначена для сброса тепла из второй ступени промежуточного охладителя топливной смеси через радиатор. Радиатор разработан для температуры окружающей среды 32°C.

1.5 Блок системы утилизации тепла (тепловой модуль IEC)

Блок системы утилизации тепла (тепловой модуль IEC) поставляется смонтированным на отдельной раме, которая устанавливается рядом с двигателем, и включает следующее оборудование:

водогрейный котел-утилизатор дымовых газов (80/90),
байпас выхлопных газов,
глушитель выхлопных газов (65 дБА в 10 м),
3-х ходовой регулирующий клапан контура сетевой воды,
запорная и предохранительная арматура, КИП,
трубная обвязка блока системы утилизации тепла,
несущая рама блока системы утилизации тепла.

Водогрейный котел-утилизатор дымовых газов кожухо-трубного типа устанавливается по ходу выхлопных газов после глушителя выхлопных газов. Предназначен для полезного использования тепла выхлопных газов и нагрева горячей воды до требуемой температуры. Комплектуется системой управления теплообменником, которая интегрируется с систему управления установкой или комплектуется в отдельной панели управления.

Байпас выхлопных газов состоит из двух механически связанных клапанов с одним электроприводом, подключаемых к системе управления двигателя. Основная функция — распределение расхода выхлопных газов между системой утилизации тепла выхлопных газов и байпасным газоходом, в зависимости от режима работы установки. Байпас выхлопных газов активизируется в случае, когда выхлопные газы используются частично или вовсе не используются. Объем поставки:

2 клапана на выхлопе,
привод электродвигателя,
контроль клапана — ON/OFF.

Глушитель выхлопных газов предназначен для снижения шума выхлопа двигателя. Разработан для остаточного уровня звукового давления 65 дБ(А) в 10 м (как уровня зоны измерения по DIN 45635), измеряемом в выхлопной трубе.

Материал: углеродистая сталь

Состоит из: глушителя выхлопных газов, фланцев, уплотнений, креплений

Изоляция: тепловая изоляция для глушителя выхлопных газов не включена в объем поставки глушителя и должна обеспечиваться по месту.

3-х ходовой регулирующий клапан контура сетевой воды предназначен для исключения резкого снижения температуры сетевой/горячей воды на входе в теплообменник системы охлаждения двигателя, и, соответственно, в теплообменник выхлопные газы/вода, состоит из следующего оборудования:

3-х ходовой регулирующий клапан — 1 шт.
датчик температуры — 1 шт.

Комплект запорной, предохранительной и защитной арматуры, КИП блока системы утилизации тепла, необходимый для его нормальной работы, включает:

запорный клапан — 2 шт.
предохранительный клапан — 1 шт.
термометр биметаллический стрелочный — 1 шт.
реле максимальной температуры — 1 шт.
реле минимальной температуры — 1 шт.
манометр стрелочный — 1 шт.
реле максимального давления — 1 шт.
реле минимального давления — 1 шт.
реле минимального потока — 1 шт.
преобразователь давления — 1 шт.

1.6 Система вентиляции машинного зала двигателя

Система вентиляции предназначена для работы при температурах наружного воздуха в диапазоне от –25°C до +30°C. Уровень шума на расстоянии 1 м от машинного зала с учетом работы системы вентиляции 65–75 dB(A).

Функции:

Обеспечение требуемым количеством воздуха для процесса горения.
Удаление теплоизбытков мотора и генератора (вспомогательного оборудования).

Система забора воздуха поставляется готовым смонтированным блоком и включает:

Металлические жалюзи.
Воздушный фильтр.
Шумоглушитель.
Электродвигатель.
Нагнетающий вентилятор.
Частотный преобразователь электродвигателя вентилятора.

Расчетные параметры системы забора воздуха:

Производительность (при нормальных условиях) не менее 66 000 нм3/ч.
Напор вентиляторов в рабочей точке не менее 100 кПа.

Система отвода воздуха включает:

Шумоглушитель.
Металлические жалюзи.

Расчетные параметры системы отвода воздуха:

Производительность (при нормальных условиях) — не менее 55 000 нм3/ч.

Шкаф питания и управления системой вентиляции — силовой низковольтный щит, обеспечивающий следующие функции:

Питание вентилятора(ов) системы забора воздуха (предусмотрено частотное регулирование с установкой частотного преобразователя).
Автоматический запуск/остановка системы вентиляции по сигналу от системы управления двигателя.
Автоматическое регулирование производительности вентиляторов в зависимости от температуры воздуха внутри машинного зала.

1.7 Система маслохозяйства

Данная система предназначена для хранения расходного объема чистого масла, автоматического пополнения картеров двигателей, проведения замены масла в картерах.

Включает следующее оборудование:

бак чистого масла емкостью 750 л,
электрический насос заполнения / слива / подачи масла,
резервный ручной насос заполнения / слива / подачи масла,
датчик уровня бака чистого масла,
комплект необходимой запорной арматуры,
несущая рама системы маслохозяйства,
трубная обвязка системы маслохозяйства,
шкаф управления системой маслохозяйства.

Возможны следующие функции:

Заполнение бака чистого масла из цистерны.
Заполнение маслобака из цистерны.
Опустошение картера двигателя в цистерну.

1.8 Система управления двигателем

Каждая установка MTU Onsite Energy комплектуется системой управления. Она обеспечивает подачу питания, управление и сбор информации от оборудования двигателя, генератора и всего вспомогательного оборудования, поставляемого не смонтированным, комплектно с установкой.

Основные функции системы управления:

управление и визуализация,
настройка вспомогательных электроприводов (BHKW / внешн.),
подключение генератора к сети / отключение генератора от сети,
управление защитой генератора:
- перегрузка/короткое замыкание,
- повышение напряжения,
- понижение напряжения,
- асимметричность напряжения,
- превышение частоты,
- понижение частоты,
регулировка скорости вращения,
регулировка смеси по универсальным характеристикам,
операции пуска и выключения мотора операции аварийной остановки,
контроль мотора (температура, давление, скорость и т. д.),
контроль отработавших газов по каждому цилиндру,
подготовка работы интерфейса CANOPEN,
долив масла,
контроль минимальной нагрузки,
электронное устройство зажигания,
настройка момента зажигания,
контроль скорости вращения,
акустическая система контроля стука,
настройка момента зажигания по цилиндрам.

Система управления серии 4000 состоит из шкафов управления MMC (MTU — модуль управления) и MIP (MTU — интерфейсная панель). Шкаф управления MMC поставляется отдельно и устанавливается обычно вне машинного зала. Панель MIP смонтирована на раме агрегатов, образуя функциональный узел.

MMC служит в основном для:

Управления и индикации.
Управления вспомогательными приводами.

MIP служит в основном для:

Связи с регулятором двигателя ECU и устройством контроля работы двигателя EMU.
Синхронизации и включения генератора в сеть.
Управления вспомогательными приводами на блоке ТЭЦ.
Функций генератора и защиты сети.

MTU интерфейсная панель (MIP)

MIP включает в себя следующие основные компоненты:

Органы управления (аварийный выключатель, главный выключатель).
Центральный блок ПЛК (программируемый модуль управления компьютером с различными интерфейсами и модулями ввода / вывода).
EMM (энергоизмерительный модуль — устройство защиты генератора и сети, устройство синхронизации). Соответствует нормам BDEW (Союза энергетиков).
Связь с регулятором двигателя ECU и устройством контроля работы двигателя EMU осуществляется через аппаратные сигналы и шину CAN.
Интерфейсы для присоединения к внешним системам (беспотенциальные контакты).
Управление вспомогательными приводами, установленными на агрегате.

Фактическая программа управления работает самостоятельно в центральном блоке ПЛК. Таким образом, в случае выхода из строя ППК (промышленного компьютера) можно и дальше эксплуатировать систему с ранее установленными параметрами.

MIP (MTU Interface Panel) — интерфейсная панель

Основной орган управления ГПУ, является связующим звеном между панелью управления MMC и двигателем.

MIP включает в себя следующие основные компоненты:

Органы управления (аварийный выключатель, главный выключатель).
Центральный блок ПЛК (программируемый модуль управления компьютером с различными интерфейсами и модулями ввода / вывода).
EMM (энергоизмерительный модуль — устройство защиты генератора и сети, устройство синхронизации). Соответствует нормам BDEW (Союза энергетиков).
Связь с регулятором двигателя ECU и устройством контроля работы двигателя EMU осуществляется через аппаратные сигналы и шину CAN.
Интерфейсы для присоединения к внешним системам (беспотенциальные контакты).
Управление вспомогательными приводами, установленными на агрегате.

AUX (Auxiliaries supply) — шкаф питания вспомогательного оборудования двигателя

Система обеспечивает подачу питания на основные панели управления и вспомогательное оборудование двигателя.

Силовой низковольтный щит, обеспечивающий подачу питания на следующее вспомогательное оборудования двигателя:

Циркуляционный насос контура охлаждения двигателя.
Циркуляционный насос контура охлаждения 2-ой ступени топливной смеси.
Циркуляционный сетевой насос.
Электродвигатели вентиляторов радиатора аварийного охлаждения (предусмотрено частотное регулирование с установкой частотного преобразователя).
Электродвигатели вентиляторов радиатора охлаждения 2-ой ступени топливной смеси (предусмотрено частотное регулирование с установкой частотного преобразователя).
Привода 3-х ходовых клапанов.

MMC (MTU Modul Control) — модуль управления

Модуль обеспечивает управление и сбор информации от оборудования двигателя, генератора и всего вспомогательного оборудования.

Щит MMC включает в себя следующие компоненты:

Промышленный ПК (IPC) с сенсорным экраном.
Устройства управления (замок-выключатель, кнопочный выключатель, кнопка аварийной остановки).
Дополнительные модули ПЛК-управления с цифровыми и аналоговыми входами и выходами.
Интерфейсы для присоединения к внешним системам (беспотенциальные контакты). Опционально возможна передача информации в систему верхнего уровня по интерфейсам Modbus. Profibus.
Контроль периферийных приводов через беспотенциальные контакты или силовые узлы.

Функции MMC:

Визуализация системы управления.
Управление вспомогательным оборудованием контуров аварийного охлаждения и охлаждения 2-ой ступени топливной смеси (электродвигатели радиаторов, электродвигатели насосов, трехходовые клапана, датчики температуры и давления).
Управление вспомогательным оборудованием теплообменника выхлопные газы/вода (опционально).

1.9 Панель с генераторным выключателем

Распределительное устройство

Для подключения генераторов и распределения электрической энергии переменного трёхфазного тока промышленной частоты 50 Гц напряжением. РУ выполнено по схеме простой системы сборных шин, с вакуумным/элегазовым выключателем. Комплектация генераторного выключателя в соответствии с требованием завода-изготовителя газовых двигателей MTU Onsite Energy.

Состав РУ:

ввод линии генератора — 1 шт.
выключатель ввода генератора — 1 шт.
ввод линии от сети — 1 шт.
трансформатора напряжения (ТН) — 2 шт.

В объем поставки входят следующие микропроцессорные устройства защиты, устанавливаемые в релейных отсеках ячеек:

защиты генератора;
защиты трансформаторов напряжения шин РУ.

В релейных отсеках ячеек размещены все необходимые электроизмерительные приборы, на лицевой части выполнены активные мнемосхемы. В релейном отсеке ячейки ввода генераторов предусмотрено место для установки расчётных электронных счётчиков электрической энергии и клеммные колодки с возможностью опломбировки. Комплектация ячеек распределительного устройства в соответствии с электрической схемой.

Генераторный выключатель соответствует следующим основным требованиям:

Тип выключателя — вакуумный/элегазовый.
Генераторный выключатель пригоден для работы в режиме синхронизации с электрической сетью.
Максимальное время включения 70 мсек после подачи сигнала включения.
Максимальное время отключения 60 мсек после подачи сигнала выключения.
Оснащение катушками включения, выключения и катушкой минимального напряжения.
Не менее 6 пар блок-контактов типа (нормально открытый — НО) и (нормально закрытый — НЗ).
Механический ресурс не менее 10 000 операций (МЭК 56).
Коммутационный ресурс не менее 40 операций при 12,5-кА (МЭК 56) или не менее 10 000 операций при Iном.

Купить газопоршневую электростанцию c нужными характеристиками вы можете в компании IEC Energy. Все интересующие вас вопросы задавайте по телефону +7 495 799 74 64.

Устройство бензинового и дизельного генератора в Москве и его принцип действия

Электростанции – это специально изготовленные устройства, которые превращают механическую энергию в электрическую. Он используется для выработки электричества и снабжения электрической энергией всех потребителей, которые входят в так называемую систему электрооборудования. Кроме этого, его могут использовать в качестве зарядного устройства для автомобильного аккумулятора.

Рассматривая устройство и принцип работы, можно сказать, что это сложный механизм, что синхронно работает и приносит свои плоды. Разобравшись более подробно в принципе функционирования электростанции, вы поймете, как именно она работает.

По каким принципам происходит процесс функционирования генераторов

Все современные аппараты, что представлены на рынке, работают на принципе электромагнитной индукции. В этом случае, в проводнике, что двигается в магнитном поле и пересекает его силовые линии, образуется электродвижущая сила. Этот проводник и станет выступать в качестве источника электрической энергии.

Стоит заметить, что перемещение проводника происходит с помощью, так называемых вращательных движений. В состав любой такой установки обязательно должны входить:

несколько магнитов, чаще всего используются электромагниты;
конструкция из проводников, что будут пересекать магнитное поле;
специальная система для отвода напряжения.

Чтобы наглядно продемонстрировать принцип работы устройства, берется проводник, сгибающийся в виде петли. Потом ее ставят между двумя магнитами с разными полюсами. В том случае, если петлю вращать вокруг своей оси, то в ее сторонах, размещенных в направлении полюсов, начинает возникать электродвижущая сила. Чтобы увидеть работу конструкции, необходимо прикрепить к ней с помощью проводов обычную лампочку. Пока петля будет совершать вращательные движения, лампа будет светить, а когда петля остановится, то она соответственно потухнет. В данном случае, на конце петли будет скапливаться напряжение, а по самой спирали будет циркулировать самый настоящий электрический ток.

Этот пример идеально показывает работу самого простого устройства. Но в современных моделях используется усовершенствованная система магнитов, внутри которых находится целая катушка из медных проводков. Медь прекрасно переносит электрический ток и передает его на систему отвода напряжения. Главное, чтобы магнитное поле было замкнутым, тогда и результат будет положительным.

Все устройства можно разделить в зависимости от того, какой ток будет на выходе оборудования.

Установки постоянного тока, когда на выходе имеем постоянный и одинаковый ток.
Устройство с переменным током на выходе, которые могут быть однофазными и трехфазными.

Естественно, мы рассмотрели принцип действия генератора бензинового или дизельного на достаточно простом примере. Но если взять достаточно сложные приборы, принцип действия будет тот же. Единственное, что здесь поменяется – это количество используемых элементов.

Устройство синхронного генератора переменного тока, принцип работы

Электричество – вид энергии, который можно передавать на дальние расстояния, преобразовывать в механическую, тепловую энергию и трансформировать в световое излучение. Электроэнергию получают различными способами – химическим, тепловым, механическим, фотоэлектрическим.

Наиболее распространенный способ получения электроэнергии – механический, с использованием генераторов. Именно таким образом получают практически всю электрическую энергию, используемую в бытовых и производственных целях.

Генераторы, иначе называемые «электростанциями», бывают синхронными и асинхронными, одно- и трехфазными. Рассмотрим подробнее устройство и работу трехфазного электрогенератора, который может работать параллельно с другими электрогенераторами или централизованной электрической сетью.

В конструкцию синхронных электрических генераторов входят три основные детали:

Ротор. Вращающийся элемент. Это биполярный электромагнит постоянного тока. Обмотка ротора соединяется с блоком управления через два щеточных узла.
Статор. Неподвижный элемент. Витки статорной обмотки равномерно расположены по окружности. В однофазных машинах присутствует одна обмотка, в трехфазных – три, которые соединяются по схемам «звезда», «треугольник» или со сдвигом друг относительно друга на 120°.
Блок управления.

Статор и ротор изготавливают из пластин электротехнических марок стали, которые хорошо проводят магнитный поток и плохо проводят электрические вихревые токи. Синхронные генераторы, имеющие явно полюсный ротор, используются для тихоходных машин, у которых скорость вращения не превышает 1000 оборотов в минуту, например установок с гидравлическими турбинами. Синхронные электрогенераторы с не явно полюсными роторами используются для механизмов, вращающихся с высокой скоростью – 1500-3000 об/минуту. Бывают двух- и четырехполюсными.

Принцип работы синхронного электрогенератора

Основные этапы:

При вращении ротора двигателем внутреннего сгорания начинается вращение поля электромагнита.
В результате вращения магнитного поля в статорной обмотке появляется переменное синусоидальное напряжение – одно- или трехфазное. Значение напряжения генерируемого тока зависит от скорости вращения ротора.
Изменение электрической нагрузки синхронного генератора меняет механическую нагрузку на валу двигателя внутреннего сгорания. В свою очередь, это изменяет скорость вращения ротора, а значит, изменения величины напряжения и частоты. Избежать таких изменений параметров генерируемого электротока позволяет блок управления, который автоматически регулирует электрические характеристики через обратную связь.

Трехфазный синхронный генератор может работать в режиме генератора или в режиме двигателя. В первом случае в СГ входящей является механическая энергия, а выходящей – электрическая. Во втором случае – входящей является электрическая энергия, а выходящей – механическая.

Разновидности синхронных генераторов

Конкретная область применения определяет, какой вид синхронного генератора купить.

Производители предлагают электрогенераторы:

Шаговые (импульсные). Применяются для приводов, работающих в режиме старт-стоп, или для устройств постоянного режима работы с импульсным сигналом управления.
Безредукторы. Используются в автономных системах.
Бесконтактные. Востребованы в качестве электростанций на речных и морских судах.
Гистерезисные. Предназначены для установки в счетчиках времени, инерционных электрических приводах, системах автоматизированного руководства.
Индукторные. Используются для оснащения электрических установок.

Области применения синхронных трехфазных генераторов переменного тока

Важная особенность синхронного генератора – возможность синхронизации с другими подобными электрическими машинами. Это свойство позволяет использовать эти машины в промышленной энергетике и при повышении нагрузок в час пик подключать резервные агрегаты.

Трехфазные генераторы применяют на:

тепловозах с выпрямлением переменного тока полупроводниковыми элементами и других транспортных системах;
мощных гидро-, тепловых электростанциях, атомных станциях, передвижных электростанциях;
гибридных автомобилях с целью совмещения тяги ДВС и мощности тяговых электродвигателей.

Синхронные трехфазные генераторы могут использоваться в качестве электромоторов с мощностью более 50 кВт. В этом режиме ротор соединяют с источником постоянного тока, а статор подключают к трехфазному кабелю.

В каких случаях необходимо купить и использовать синхронный генератор?

Синхронный генератор переменного тока выбирают в следующих случаях:

Если предъявляются высокие требования к постоянству параметров напряжения и частоты тока.
При высокой вероятности перегрузок в переходном режиме потребителей с реактивной мощностью.
При вероятности перегрузок в рабочем режиме, когда к генератору подключаются потребители как с активной, так и с реактивной мощностью.

Преимущества использования синхронных генераторов

Плюсы трехфазных синхронных генераторов:

Способность выдерживать перегрузы в электросети, превышающие в три раза номинальное значение, и короткие замыкания.
Более высокое качество генерируемой электроэнергии, по сравнению с асинхронными генераторами. Поэтому эти электрические машины используются для работы в комплексе с дорогостоящим оборудованием.
Наличие автоматических регуляторов напряжения, регулирующих выпрямителей, которые защищают оборудование от перегруза и коротких замыканий и способны отключать электроустановки в случае возникновения аварийных ситуаций.

Современные электрические генераторы изготавливаются в соответствии с требованиями мировых стандартов качества и безопасности.

Электрогенератор: предназначение, устройство, принцип действия

Основным предназначением автомобильного электрогенератора является подзарядка аккумулятора и питания бортовой системы автомобиля. Учитывая конструктивные особенности, можно выделить два типа генераторов: генераторы традиционной и компактной конструкции.

Генератор, в основе работы которого находится магнитная индукция, предназначен для обеспечения электрическим током потребителей, включенных в систему электрооборудования, а также для зарядки аккумулятора при включенном двигателе автомобиля. Генератор должен иметь соответствующие выходные параметры, чтобы, независимо от режима движения автомобиля, не происходил разряд аккумулятора. Кроме этого, генератор должен обеспечивать стабильное напряжение в бортовой сети автомобиля. Принцип работы генератора, а также конструкция этого механизма приблизительно одинаковы для любого автомобильного генератора, несмотря на то, где и кем он выпущен.

Устройство генератора

Основу работы генератора составляет эффект электромагнитной индукции. Генератор состоит из корпуса, статорной обмотки, ротора, реле-регулятора и выпрямительного моста.

Корпус генератора выступает в качестве основания для статорной обмотки. Обычно производится из легкосплавных металлов, например, из дюралюминия. Для охлаждения во время работы в корпусе предусмотрены специальные «окна». Сзади и спереди корпуса имеются подшипники, на которых крепится ротор. Статорная обмотка производится из медного провода и укладывается в пазах сердечника.

Ротор представляет собой некий электромагнит, который имеет одну обмотку, расположенную на валу ротора. Сверху обмотки находится сердечник, выполненный из ферромагнитного металла.

Реле-регулятор осуществляет функцию контроля и регулирования напряжения на выходе из генератора. Выпрямительный мост с шестью диодами выдает прямой ток более 40 ампер. Диоды, расположенные попарно на плюсовом и минусовом токопроводящих основаниях, соединяются по схеме Ларионова.

передняя крышка;
обмотка статора;
обмотка возбуждения;
задняя крышка;
щеточный узел;
контактные кольца;
выпрямительный блок;
полюсные половины;
крыльчатка вентилятора;
приводной шкив

Конструктивные особенности

Учитывая конструктивное исполнение, можно выделить два типа генераторов: традиционные и компактные. Генераторы традиционной конструкции имеют вентилятор, расположенный у приводного шкива. Вентиляционные окна находятся только в торцевой части.

Генераторы компактной конструкции имеют два вентилятора, расположенные внутри полости генератора. Компактные генераторы часто называют высокоскоростными, так как они оснащены приводом, имеющим повышенное передаточное отношение.

Принцип работы генератора

Работа автомобильного генератора основывается на принципе появления переменного электрического напряжения в обмотке статора, возникающего в результате воздействия постоянного магнитного поля, образующегося вокруг сердечника.

Ротор приводится в действие двигателем через ременную передачу. На обмотку ротора производится подача постоянного электрического напряжения, достаточного для возникновения магнитного потока. Силу магнитного потока регулирует реле-регулятор. Напряжение на выходе генератора находится в пределах между 13,6 вольт летом и 14,2 вольт зимой. Этого напряжения достаточно для того, чтобы аккумулятор находился в нормальном рабочем состоянии, и периодически производилась его подзарядка. Питание бортовой сети, включенной параллельно аккумулятору, происходит от клемм генератора.

Правила эксплуатации генераторов

Среди основных правил можно выделить следующие:

— При эксплуатации генератора важно, чтобы «минус» АКБ всегда подключался к корпусу, а плюс — к плюсу генератора.
— Во время эксплуатации генератора его нельзя отсоединять от АКБ, так как это может привести к неисправностям в бортовой сети машины.
— Нельзя проверять генератор с использованием искры, присоединяя плюс генератора к корпусу. Из-за этого выходят из строя диоды. Для осуществления проверки генератора используют амперметр или вольтметр.
— Если производится ремонт генератора, не стоит проверять сопротивление изоляции обмотки статора высоким напряжением тока. Подобные действия могут осуществляться только на специальном стенде при условии отсоединения диодов выпрямителя.
— Если производится проверка электропроводки автомобиля, генератор необходимо отсоединить.
— При проведении кузовного ремонта автомобиля, особенно с осуществлением сварочных работ, генератор обязательно отсоединяют.

Важно придерживаться всех вышеперечисленных правил, так как их несоблюдение часто приводит к неисправностям генератора.

Другие статьи

#Бачок ГЦС

Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления

14.10.2020 | Статьи о запасных частях

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

Генератор. Его специфика и принцип работы

Необходимо знать, что генератор вовсе не “производит” электрическую энергию. На самом деле прибор применяет механическую энергию, которая подается к нему, чтобы направить электрические заряды, движущиеся в проводе, через внешнюю электрическую цепь. Эта совокупность электрических зарядов составляет выходной электрический ток, подаваемый генератором. Рабочий механизм такого устройства понятен, если учитывать то, что генератор является аналогом водяного насоса, что способствует потоку воды, однако не «производит» воду, которая движется сквозь него.

Нововведенные генераторы выполняют свою работу исходя из принципа электромагнитной индукции, впервые исследованной Майклом Фарадеем. Изобретатель сделал открытие, согласно которому заряженный электрический поток может быть спровоцирован переносом непосредственного руководителя электроэнергии, такого как проволока с электрическим зарядом, к центру магнитного поля. Это перемещение генерирует различное напряжение между двумя концами проволоки или электропроводника, что провоцирует электрические заряды, которые в дальнейшем будут производить электрический ток.

Основные составляющие генератора:

Двигатель
Генератор переменного тока
Топливная система
Регулятор напряжения
Системы охлаждения и выхлопа
Смазочная система
Зарядное устройство
Панель управления
Каркас

1. Двигатель является основой механической энергии, поставляемой к генератору. Размер двигателя прямо пропорционален максимальному объёму выходной энергии, которую способен обеспечить генератор. К тому же, топливо, используемое в двигателях, зависит от габаритов самого устройства. Двигатели малой емкости функционируют на дизельном топливе, а большие двигатели – на природном газе, бензине, а также на пропане в сжиженной или газообразной форме.

Ученые создали еще один вид двигателя с расположением клапанов сверху. Такая конструкция не похожа на другие виды двигателей, поскольку впускные и выпускные клапаны расположены в передней части цилиндра. Такие двигатели удобны в использовании благодаря компактному дизайну, легкому принципу работы, массивности каркаса, низких уровнях шума и загрязнения окружающей среды в процессе работы. Однако, стоимость двигателей такого качества значительно выше других.

2. Генератор переменного тока – это один из элементов генератора, который преобразует механическую входную энергию двигателя в электрическую выходную. В нем содержатся стойкие и движущиеся детали, что в дальнейшей работе вызывает движение между магнитным и электрическим полями, которые создают электрическую энергию, а его металлический корпус обеспечивает долговечность устройства.

3. Топливная система. Стандартный топливный бак с достаточной емкостью и мощностью может обеспечить работу генератора на протяжении 6-8 часов. Трубы топливного бака и двигателя соединены между собой. По ним топливо поступает из бака к двигателю (линия подачи), а затем из двигателя в резервуар (линия отдачи). Вентиляционная труба предотвращает накопление давления или вакуума установки. Переливная труба в качестве посредника между топливным баком и дренажной трубой не позволяет переполнять бак при заправке и предупреждает попадание жидкости на генератор. Электрический топливный насос поставляет топливо из резервуара к дневному баку. Фильтр очищает топливо от воды и примесей во избежание коррозии и загрязнения. Распылитель топлива распределяет необходимый объём топлива в камеру сгорания двигателя.

4. Регулятор напряжения настраивает выходное напряжение генератора и превращает его переменный ток в постоянный. Затем регулятор напряжения направляет этот постоянный ток на подборку вторичных обмоток в статоре, которые в свою очередь провоцируют поток переменного тока. В данных обмотках содержатся выпрямители тока, которые отвечают за конвертирование тока в постоянный. Этот поток постоянного тока подается к ротору (установке) для создания переменного тока соответственно.

Этот цикл длится до момента производства генератором выходного напряжения, равного его полной рабочей способности. В условиях большей емкости генератора, регулятор напряжения генерирует меньший поток переменного тока. Когда генератор работает на полную мощность, этот регулятор вызывает достаточный поток постоянного тока для поддержания генератора при полном ходе работы.

5. Система охлаждения. При непрерывном процессе работы генератора (обязательно в хорошо проветриваемом помещении), его составляющие в определенной степени нагреваются. Для этого и необходима система охлаждения и вентиляции, чтобы удалить тепло, которое накопилось во время рабочего цикла. Для охлаждения обычно применяют пресную воду или водород, которые изымают тепло из генератора и транспортируют его по теплообменнику ко вторичной обмотке, в ней содержится химическая формула Н₂О с минералами в качестве охладителя.

Система выхлопа. Выхлопные газы, выделяемые генератором, подобные тем, что возникают в дизельных или газовых двигателях и содержат ядовитые токсичные вещества. Поэтому, необходимо обеспечить дизельный генератор выхлопной системой высокого качества для утилизации опасных газов во избежание смерти на предприятиях в результате удушения чадным газом. Составляющие элементы стандартных выхлопных труб – это чугун, кованое железо или сталь для большей безопасности.

8. На панели управления отображаются различные приложения, датчики параметров двигателя, которые включают в себя давление масла, температуру теплоносителя, напряжение аккумулятора, скорость вращения двигателя и срок службы, датчики генератора, а именно счетчики для измерения выходного тока и напряжения, рабочей частоты, а также автоматический включение и отключение. Другие элементы управления представляют собой переключатель фазового селектора, частотный выключатель и переключатель управления двигателем на ручной или автоматический режим.

9. Каркас. Дизельные генераторы покрыты заземленным прочным корпусом для обеспечения крепления всех частей.

Преимущества дизельных генераторов

Дизельные генераторы экономнее бензиновых. Это обеспечивает более длинную продолжительность рабочего цикла при одинаковой мощности.

Во избежание потенциальных убытков

Одной из самых распространенных причин повреждения дизельных генераторов является их недостаточная загруженность. То есть, дизельные генераторы работают более продуктивно именно при полной мощности. Во время выполнения задач на низкой мощности они способны выделять углекислый газ. В результате сажа и остатки от неиспользованного топлива могут скапливаться, что негативно влияет на поршневые кольца генератора. Во избежание этого, необходимо использовать генератор примерно на 70% от максимальной нагрузки. Хотя эти генераторы составляют высокую стоимость, однако они являются надежным источником электроэнергии, что значительно улучшит работу на предприятии.

Использование дизельных генераторов в промышленности:

для энергообеспечения населенных пунктов, заводов, аэродромов и аэропортов;
для обеспечения электроснабжением водного, железнодорожного видов транспорта и с/х техники;
в качестве вспомогательного источника энергии для карьерных самосвалов.

Electric Generator: Основное введение в принцип работы генераторов, их особенности и применение

Как работают электрические генераторы?
Электрогенератор — это устройство, которое используется для производства электроэнергии, которая может храниться в батареях или может подаваться непосредственно в дома, магазины, офисы и т. Д. Электрогенераторы работают по принципу электромагнитной индукции. Катушка-проводник (медная катушка, плотно намотанная на металлический сердечник) быстро вращается между полюсами магнита подковообразного типа.Катушка проводника вместе с ее сердечником называется якорем. Якорь соединен с валом источника механической энергии, такого как двигатель, и вращается. Требуемая механическая энергия может быть обеспечена двигателями, работающими на таких видах топлива, как дизельное топливо, бензин, природный газ и т. Д., Или за счет возобновляемых источников энергии, таких как ветряная турбина, водяная турбина, турбина на солнечной энергии и т. Д. Когда змеевик вращается, он разрезает магнитное поле, которое лежит между двумя полюсами магнита. Магнитное поле будет мешать электронам в проводнике, вызывая в нем электрический ток.

Характеристики электрогенераторов

Мощность: Электрогенераторы с широким диапазоном выходной мощности легко доступны. Требования к низкой или высокой мощности могут быть легко удовлетворены путем выбора идеального электрического генератора с соответствующей выходной мощностью.
Топливо: Для электрогенераторов доступны различные варианты топлива, такие как дизельное топливо, бензин, природный газ, сжиженный нефтяной газ и т. Д.
Портативность: На рынке доступны генераторы, на которых установлены колеса или ручки, чтобы их можно было легко перемещать с одного места на другое.
Шум: Некоторые модели генераторов имеют технологию снижения шума, которая позволяет держать их в непосредственной близости без каких-либо проблем с шумовым загрязнением.

Применение электрогенераторов

Электрогенераторы полезны для домов, магазинов, офисов и т. Д., Которые часто сталкиваются с перебоями в подаче электроэнергии. Они действуют как резервные, чтобы гарантировать бесперебойное электропитание устройств.
В удаленных районах, где нет доступа к электричеству из основной линии, электрические генераторы действуют как основной источник питания.
При работе на проектных площадках, где нет доступа к электричеству из сети, электрические генераторы могут использоваться для питания машин или инструментов.

Свяжитесь с ближайшими к вам ведущими дилерами по производству генераторов и получите бесплатные расценки
(Единый пункт назначения для MSME, ET RISE предоставляет новости, обзоры и аналитические материалы по GST, экспорту, финансированию, политике и управлению малым бизнесом.)

Загрузите приложение The Economic Times News, чтобы получать ежедневные обновления рынка и новости бизнеса в реальном времени.

Что такое генератор? Принцип работы, типы и компоненты

Что такое генератор? Для чего его используют? Как это работает? Есть ли у него разные типы? Если да, то какие? Каковы различные компоненты генератора и для чего они нужны? Это вопросы, на которые нужно ответить, прежде чем покупать генератор? Если вам нужен генератор и вы собираетесь его купить, у нас для вас хорошие новости, потому что мы собираемся ответить на все эти вопросы в этой статье исчерпывающе и творчески.

Чтобы точно знать, что такое генератор, вам необходимо знать, что он делает, где используется, каков его принцип работы, сколько типов он имеет и из каких компонентов состоит. Linquip собрал всю необходимую информацию, и в этой статье мы подробно рассмотрим каждую из этих тем. Поэтому прочтите следующие разделы, чтобы получить все ответы, которые вам нужно знать.

Что такое генератор?

Генераторы

— это полезные устройства, которые обеспечивают подачу электроэнергии во время отключения электроэнергии и предотвращают прерывание дневных и ночных дел и действий или сбои в работе в различных условиях и местах.Все, что делает генератор, — это преобразование механической энергии, поступающей из внешнего источника, в электрическую, чтобы обеспечить достаточное количество энергии для других устройств. Он работает на основе закона электромагнитной индукции Фарадея.

Этот закон гласит, что везде, где проводник помещен в изменяющееся магнитное поле, индуцируется электромагнитный поток. Существуют различные электрические и физические конфигурации генераторов. Такое разнообразие конфигураций позволяет использовать их в различных приложениях.В следующих разделах мы подробно рассмотрим, как работает генератор, какие у него разные типы и из каких частей состоит генератор. Читайте дальше, чтобы познакомиться с миром этого удивительного устройства.

Принцип работы генератора

Прежде всего, имейте в виду, что генератор — это не устройство, вырабатывающее электричество. Генератор использует предоставленную механическую энергию и заставляет поток существующих электрических зарядов внутри провода своих обмоток.Этот поток электрических зарядов заставляет выходной электрический ток использоваться для различных целей.

Чтобы понять, что выдает генератор, лучше рассмотреть водяной насос. Водяной насос создает поток воды, но не создает воду, протекающую через него. Проще говоря, генераторы вырабатывают электрическую энергию, улавливая энергию движения и превращая ее в электричество, заставляя электроны внешних источников проходить через электрическую цепь. Генераторы аналогичны электродвигателям, но работают в обратном направлении.

Как упоминалось ранее, генератор работает на основе принципа электромагнитной индукции, введенного Майклом Фарадеем в 19 веке. Этот закон гласит, что, когда проводник движется внутри магнитного поля, создаются электрические заряды, и их можно заставить течь. Опять же, простыми словами, генератор — это просто пара вращающихся проводов рядом или внутри магнита или магнитного поля, которое вызывает электрический ток. Пример водяного насоса — лучший способ понять, что делает генератор.

Теперь, когда вы знаете, что делает генератор и как он работает, вы ближе к ответу на вопрос «что такое генератор». Чтобы завершить определение генератора, давайте посмотрим, сколько у него типов и насколько они разные. В следующем разделе мы поговорим о различных типах генераторов. Оставайтесь с нами.

Типы генераторов

Генераторы делятся на два разных основных класса или категории: генераторы переменного тока (переменного тока) и генераторы постоянного тока (постоянного тока).

Генератор переменного тока

Генераторы переменного тока или, как их еще называют, генератор переменного тока, являются одним из наиболее важных устройств для обеспечения электроэнергией в нескольких условиях нашей жизни. AC работают по принципу электромагнитной индукции. Генераторы переменного тока подразделяются на две категории: индукционные генераторы и синхронные генераторы. Поскольку в генераторах этого типа нет щеток, обслуживание практически бесплатное. размер переменного тока меньше по сравнению с постоянным током.Итак, они используются чаще. И наконец, что делает этот тип более популярным, так это то, что потери переменного тока меньше, чем потери постоянного тока.

Генератор постоянного тока

Генераторы этого типа обычно используются в автономных системах. В зависимости от того, как магнитное поле создается в статоре, DC классифицируются на три основные категории: генераторы на постоянных магнитах, генераторы с раздельным возбуждением и генераторы с самовозбуждением. Некоторые преимущества DC: они просты в дизайне.Обычно они используются для управления большими двигателями и электрическими устройствами, требующими прямого управления. Постоянный ток уменьшает описываемые флуктуации, сглаживая выходное напряжение через регулярный набор катушек вокруг якоря для некоторых установившихся режимов.

Детали генераторов

Итак, мы ознакомились с принципом работы и различными типами генераторов и постепенно приближаемся к ответу на вопрос «что такое генератор?» В этом разделе мы познакомим вас с основными частями генератора.Помимо мэйнфрейма, генератор состоит из 6 основных компонентов: двигателя, топливной системы, генератора, системы охлаждения, выхлопа и смазки. Мы разбили эти 6 частей на 4 основные категории. Продолжайте читать, чтобы узнать больше об этих компонентах.

Двигатель

Возможно, самая важная часть каждой машины — это двигатель. Обычно это часть всей системы, которая преобразует топливо в полезную энергию и помогает ему двигаться или выполнять свою механическую функцию.Таким образом, двигатель иногда называют первичным двигателем машины. В генераторе источником моторного топлива может быть бензин, дизельное топливо, природный газ, пропан, биодизель, вода, сточный газ или водород. Двигатель использует один из этих видов топлива для создания механической энергии, которую генератор преобразует в электричество. Некоторые двигатели, обычно используемые в конструкции генераторов, включают поршневые, паровые, турбинные и микротурбинные.

Топливная система

Все генераторы, работающие на одном из различных типов топлива, упомянутых ранее, имеют систему, которая собирает и перекачивает топливо в двигатель.Топливная система содержит бак, в котором хранится достаточно топлива для питания генератора в течение эквивалентного количества часов. Также имеется труба, соединяющая бак, а затем и двигатель, а обратная труба соединяет двигатель с топливным баком для возврата топлива.

Есть топливный насос, который перекачивает топливо из бака через топливопровод, а затем в двигатель. Другая часть топливной системы — это топливный фильтр, задача которого — отфильтровать любой мусор из топлива, прежде чем он попадет в двигатель.Последний компонент топливной системы — топливная форсунка. Работа топливной форсунки состоит в том, чтобы распылять топливо, а затем впрыскивать топливо непосредственно в камеру сгорания двигателя.

Генератор и регулятор напряжения

Можно сказать, что основная работа генератора — это генератор переменного тока. Этот компонент превращает механическую энергию, производимую двигателем, в электрический ток. Генератор представляет собой статор, неподвижную часть набора катушек, и ротор или якорь, которые создают вокруг статора стабильное вращающееся электромагнитное поле.В целом, генератор вырабатывает электрическое напряжение, которое необходимо регулировать для получения постоянного тока, подходящего для практического использования.

Системы охлаждения, выпуска и смазки

Имеется система охлаждения для предотвращения перегрева и регулирования температуры компонентов генератора во время использования. В некоторых генераторах используется вентилятор, охлаждающая жидкость или и то, и другое, чтобы контролировать рабочую температуру генератора. Поскольку камера сгорания генератора преобразует топливо, генератор также будет создавать выхлоп.Вредные газы, выделяемые генератором во время использования, удаляются выхлопными системами. Последняя часть — это смазочная система. Поскольку генератор состоит из множества движущихся частей, и каждая из них требует смазки для плавного движения, должна быть система смазки, которая обеспечивает хорошее смазывание и плавность работы генератора.

Заключение

В этой статье мы попытались показать вам, что именно делает генератор. Чтобы ответить на вопрос «что такое генератор?» мы проанализировали принцип работы генератора и принцип его работы.Мы объяснили правила, которым следует генератор для превращения механической энергии в электрическую. После этого мы перешли к различным типам генераторов и поговорили о двух основных типах генераторов.

Мы обсудили различные основные части генератора. Если у вас есть опыт использования различных типов генераторов, мы будем очень рады услышать ваше мнение в комментариях. Кстати, если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме, и если у вас все еще есть неясности в отношении генераторов, вы можете зарегистрироваться на нашем веб-сайте и дождаться, пока наши эксперты в Linquip ответят на ваши вопросы.Надеюсь, вам понравилась эта статья.

Генератор и трансформаторы

— принцип работы, типы и применение

Эти два устройства работают на основе закона Фарадея о принципе электромагнитной индукции. «Генераторы» генерируют ток, а трансформаторы преобразуют ток в напряжение.

Генератор определяется как машина, которая с помощью магнитной индукции преобразует механическую энергию в электрическую, что возможно благодаря вращению катушек в магнитном поле, т.е.е. генератор, состоящий из внешних полей, также может быть результатом вращения двух электромагнитов вокруг фиксированной катушки, то есть генератора, состоящего из внутренних полей.

Электрогенератор: принцип работы

Генератор состоит из прямоугольной катушки с несколькими медными проводами, намотанными на железный сердечник. Эта катушка называется якорем. Функция этого якоря используется для увеличения магнитного потока. Устанавливается сильный постоянный магнит, и между этими магнитами вращается якорь.Здесь создаваемые магнитные линии перпендикулярны оси якоря. К плечам якоря также прикреплены два контактных кольца. Эти кольца используются для обеспечения подвижного контакта, и две металлические щетки также подключены к контактным кольцам, которые помогают пропускать ток от якоря к контактным кольцам. Наконец, ток проходит через нагрузочное сопротивление, подключенное к двум контактным кольцам.

(изображение будет загружено в ближайшее время)

Рис .: Принцип работы генератора переменного тока

Положение якоря постоянно меняется в разные промежутки времени.На этапе, когда силовые линии магнитного поля располагаются перпендикулярно катушке, катушка затем вращается в магнитном поле для увеличения создаваемой наведенной ЭДС. Это происходит в этом положении, так как здесь максимальное количество силовых линий перехватывающего магнитного поля.

Типы генераторов:

Генераторы далее подразделяются на два типа: генераторы переменного тока и генераторы постоянного тока:

Генераторы переменного тока:

Генераторы переменного тока также известны как генераторы переменного тока.Принцип его работы основан на электромагнитной индукции. Генераторы

переменного тока подразделяются на два типа:

(a) Индукционный генератор: не требует возбуждения постоянным током, регулирования частоты и регулярного регулирования. Принципы индукции возникают, когда катушки индуктивности вращаются в магнитном поле, производя ток и напряжение.

(b) Синхронные генераторы: это генераторы большого размера, которые обычно используются на электростанциях. Они считаются типами с вращающимся полем или якорями.В типе с вращающимся якорем якорь расположен на роторе, а поле — на конце статора. Ток в якорь ротора снимается через щетки и контактные кольца. Эти генераторы используются для приложений с низким энергопотреблением.

Однако генератор переменного тока с вращающимся полем широко используется из-за его высокой способности генерировать мощность и не требует контактных колец и щеток.

Двухфазные или трехфазные генераторы:

Двухфазный генератор генерирует два разных напряжения, и каждое напряжение считается однофазным.Однако оба генерируемых напряжения не полностью зависят друг от друга.

Трехфазный генератор имеет 3 однофазные обмотки, расположенные отдельно друг от друга таким образом, что 120º смещает напряжение, генерируемое в любой из фаз, от двух других.

Эти генераторы используются в таких приложениях, как морские, нефтегазодобывающие, ветряные электростанции, горнодобывающее оборудование и т. Д.

Преимущества применения генератора переменного тока:

Поскольку они не требуют щеток, эти генераторы обычно требуют технического обслуживания. -бесплатно.
Эти генераторы имеют небольшие размеры по сравнению с генераторами постоянного тока.
Потери относительно меньше, чем у машины постоянного тока.
Генераторные выключатели переменного тока имеют относительно небольшие размеры, чем выключатели постоянного тока.

Генераторы постоянного тока:

Генераторы постоянного тока используются для преобразования механической энергии в электричество постоянного тока.

Обычно используется в автономных приложениях. Эти генераторы обеспечивают непрерывную подачу электроэнергии непосредственно в электрические накопители и электрические сети постоянного тока без использования нового оборудования.В случае генератора постоянного тока принцип работы также основан на законе электромагнитной индукции Фарадея.

Когда проводник находится в переменном поле, в проводнике индуцируется электромагнитная сила. Величину этой ЭДС, т.е. индуцированной, можно определить с помощью уравнения ЭДС, используемого для генераторов постоянного тока. Циркуляция вынужденного тока происходит по его замкнутому пути. По правилу правой руки Флеминга можно определить направление индуцированного тока.

ЭДС-уравнение генератора постоянного тока имеет вид:

Eg = P Ф NZ / 60 A

Где

P — количество полюсов поля.
Φ — магнитный поток на полюс по Веберу.
Z — общее количество проводов якоря.
A — количество параллельных путей в якоре.
N — частота вращения якоря в оборотах в минуту (об / мин)

Типы генераторов постоянного тока:

Существует три основных типа генераторов постоянного тока:

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом:

Генераторы постоянного тока с постоянными магнитами не требуют возбуждения внешнего поля, поскольку они имеют постоянные магниты для создания магнитного потока.

Применение: Их можно использовать для приложений с низким энергопотреблением, таких как динамо-машины и т. Д.

Генератор постоянного тока с отдельным возбуждением:

Этот генератор постоянного тока с отдельным возбуждением требует возбуждения внешнего поля для создания магнитного потока. Здесь мы также можем варьировать возбуждение для получения переменной выходной мощности.

Применение: они используются в процессе гальваники, электрорафинирования и т.д. полюса статора.Они очень просты по конструкции, и от внешней цепи не требуется изменять возбуждение поля.

Эти генераторы постоянного тока с самовозбуждением подразделяются на три: шунтирующие, последовательные и составные генераторы.

Применение: Эти генераторы используются в таких приложениях, как зарядка аккумуляторов, сварка, обычные осветительные приборы и т. Д.

Преимущества генераторов постоянного тока:

Ниже приведены основные преимущества генератора постоянного тока:

В этом случае стоимость кабелей снижается, так как не требуется экранирование от излучения.
Здесь колебания в генераторе могут быть уменьшены за счет постоянного расположения катушек.
В случае генератора постоянного тока рабочие характеристики зависят от обмотки возбуждения и т. Д.

Трансформатор: введение

Устройство, преобразующее напряжение в более высокое или более низкое напряжение. Существуют разные уровни напряжения, которые используются при выработке электроэнергии во время передачи.

Трансформатор обычно состоит из двух катушек, т.е.е. первичная / поле и вторичная / индуктивность, между которыми не существует электрического контакта. Когда мы пропускаем ток через первичную катушку, возникает магнитное поле, которое изменяется. Однако он поддерживает ту же частоту. Это приводит к одновременной генерации переменного напряжения во вторичной катушке. Переменный ток проходит через вторичную обмотку во время замкнутой электрической цепи.

Чем больше разница между количеством обмоток в первичной и вторичной катушках, тем больше будет разница между их напряжениями, поэтому они прямо пропорциональны.

Принцип работы трансформатора:

Принцип работы трансформатора основан на взаимной индуктивности между двумя цепями, которые связаны общим магнитным потоком.

(изображение будет загружено в ближайшее время)

Типы трансформаторов:

Существуют два типа трансформаторов, как показано ниже:

Повышающий трансформатор:

Эти трансформаторы преобразуют низкое напряжение в высокое. -Напряжение. В этом случае количество витков в первичной обмотке меньше, чем во вторичной обмотке, т.е.е. Np

Понижающий трансформатор:

Эти трансформаторы преобразуют высокое напряжение, когда ток уменьшается, в низкое напряжение, когда ток увеличивается, нет. Число витков первичной обмотки больше, чем число витков вторичной обмотки, то есть Np ˃ Ns.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, наведенная ЭДС определяется выражением:

e = — d Ф / dt

ep = — d Фp / dt

es = — d Фs / dt

. уравнения, получаем,

es = Ns x Np x ep

Отношение Ns / Np = K

Помимо этого, могут быть разные типы трансформаторов, основанные на различных параметрах, а именно:

На основе конструкции

Трансформатор с сердечником
Трансформатор с кожухом

На основе метода охлаждения

Масляного типа с самоохлаждением.
Масляного типа с водяным охлаждением.
Тип воздушной струи и т. Д.

Применение трансформатора:

Ниже приведены три основных применения трансформатора:

Для увеличения тока и напряжения.
Для понижения тока и напряжения.
Предотвращение попадания постоянного тока в следующую цепь в трансформаторах постоянного тока и т. Д.

Наука о том, как работает генератор

Генератор — это устройство, вырабатывающее электричество путем преобразования механической энергии в электрическую.Топливо, используемое для производства энергии, включает уголь, нефть, ветер, природный газ и другие источники. Сложность устройства увеличивается с увеличением производительности. Генераторы можно разделить на три типа; инверторы, переносные генераторы и резервные генераторы. Генератор работает по закону Фарадея, который гласит, что всякий раз, когда проводник помещается в магнитное поле, индуцирует электромагнитное поле. Два основных элемента генератора — это движение проводника, помещенного в магнитное поле, и магнитное поле.

Работа генератора

Если вы хотите понять, как работает генератор, то нам нужно знать, из каких компонентов он состоит и по какому принципу он работает. Согласно закону Фарадея, любой объект, проходящий через магнитное поле, способен генерировать электричество. Генераторы сделаны из медных материалов и мощных магнитов для создания электромагнитного поля.

В первые годы генераторы были прикреплены к генераторам или ручному кривошипу, который запускает движение.Генераторы использовались для питания домов, а турбины требовались для запуска генераторов для производства гидроэлектроэнергии. Сегодня генераторы прошли долгий путь и используются для самых разных целей. От электричества для всего дома до генераторов, используемых для кемпинга, до новых технологий с инверторными генераторами, которые очень эффективны и бесшумны в работе.

Генераторы состоят из магнитов, вокруг которых магнитное поле вызывает электрический ток каждый раз, когда он вращается.Постоянное движение проводника обеспечивает регулярную подачу электричества.

Совершенно очевидно, что генератор непосредственно не производит электрическую энергию, а преобразует поступающую к нему механическую энергию с помощью движущихся электрических зарядов в проводе. Электрические заряды передают выход в виде электричества.

Пример

Работу генератора, преобразующего механическую энергию в электрическую, можно пояснить на примере водяного насоса.Водяной насос используется для перекачивания воды из-под земли или запуска потока воды с использованием электроэнергии, но не для воды продукта.
Генератор работает по той же технологии, но выталкивает электроны вместо воды. Магнит в генераторе толкает частицы, используя определенную силу, что приводит к преобразованию механической энергии в электрическую.

Наука, лежащая в основе работы генератора

Генератор работает на явлениях электромагнитной индукции, которые объясняет Майкл Фарадей.Майкл Фарадей открыл теорию электромагнитной индукции в 1831 году, согласно которой, когда проводник помещается в магнитное поле, в нем индуцируется напряжение. Тот же самый механизм в генераторе, который производит механическую энергию в турбине. Двигатель внутреннего сгорания является основным источником механической энергии в генераторе. Когда на выходе создается электрическое напряжение, часть его течет в катушку, которая создает магнитное поле.

Закон Фарадея открыл взаимодействие магнитного поля с электрической цепью для создания электродвижущей силы.Это явление называется электромагнитной индукцией.

Закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что ток будет индуцироваться в проводящем материале при воздействии магнитного поля. Закон индукции объясняет принцип работы генераторов, индукторов, двигателей и трансформаторов. Фарадей провел эксперимент с использованием магнита и катушки и обнаружил явление индукции, и поэтому закон назван в его честь. В ходе своего исследования он обнаружил, что в катушке индуцируется электромагнитная сила, когда магнитные линии проходят через проводник.

Эксперимент Фарадея по электромагнитной индукции

В этом эксперименте Фарадей берет катушку, а магнит соединяет гальванометр. Когда магнит находится в состоянии покоя, стрелка гальванометра не показывает отклонения и находится только в нулевом положении. Но когда магнит приближается к катушке, стрелка гальванометра показывает отклонение в определенном направлении.

Однако удерживание магнита в неподвижном положении не регистрирует никакого отклонения стрелки гальванометра, а это означает, что он возвращается к нулю.Опять же, когда магнит перемещается от катушки в противоположном направлении, гальванометр регистрирует дефект. Но если оставить в том же положении, стрелка снова будет указывать на ноль. Точно так же, когда магнит остается неподвижным, а катушка перемещается близко к магниту, стрелка гальванометра отклоняется. Чем быстрее изменяется движение магнитного поля, тем выше регистрируемая в катушке ЭДС.

Из вышеупомянутого эксперимента Майкл Фарадей пришел к выводу, что всякий раз, когда есть относительное движение между магнитным полем и проводником, магнитные линии, проходящие через катушку, меняются, вызывая напряжение на катушке.Взяв за основу описанные выше эксперименты, Майкл Фарадей сформулировал два закона электромагнитной индукции. Эти законы известны как законы электромагнитной индукции Фарадея.

Первый закон Фарадея

Изменение магнитного поля проводника вызывает индукцию электромагнитной силы в проводнике, что называется наведенной ЭДС. И когда цепь замкнута, в цепи циркулирует ток, который называется индуцированным током.

Второй закон Фарадея

Второй закон Фарадея гласит, что величина электромагнитной силы, индуцированной в проводнике, равна скорости изменения магнитного поля, связанного с проводником.

Законы Фарадея — это простые, основные и важные законы электромагнетизма. Закон применяется в большинстве машин, использующих электричество, включая генераторы, медицину, промышленность и другие.

Законы Фарадея — основа функционирования силовых трансформаторов.
Закон взаимной индукции Фарадея лежит в основе работы электрического генератора.
Индукционная плита, которая является самым быстрым способом приготовления пищи, работает по принципу взаимной индукции.Изменение магнитного поля происходит, когда ток течет через катушку из медной проволоки под контейнером для готовки. Изменяющееся магнитное поле индуцирует электромагнитную силу, в результате чего создается ток, который превращается в тепло.
Скорость некоторых жидкостей измеряется с помощью электромагнитного расходомера.
Электромагнитная индукция также используется в музыкальных инструментах, таких как электрическая скрипка и т. Д.

Помимо вышеперечисленного, электромагнитная индукция используется во многих других электроприборах.

Основная конструкция и работа генератора постоянного тока.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электричество постоянного тока . Это преобразование энергии основано на принципе создания динамически индуцированной ЭДС. Эта статья описывает базовую конструкцию и работу генератора постоянного тока .

Конструкция машины постоянного тока:

Примечание: Теоретически генератор постоянного тока можно использовать в качестве двигателя постоянного тока без каких-либо конструктивных изменений, и наоборот.Таким образом, генератор постоянного тока или двигатель постоянного тока можно в широком смысле назвать машиной постоянного тока . Эти основные конструктивные особенности также действительны для конструкции двигателя постоянного тока . Следовательно, давайте назовем эту точку конструкцией машины постоянного тока , а не просто «конструкцией генератора постоянного тока».

На приведенном выше рисунке показаны детали конструкции простого 4-полюсного генератора постоянного тока . Машина постоянного тока состоит из двух основных частей; статор и ротор. Основные конструктивные части машины постоянного тока описаны ниже.

Ярмо: Наружная рама машины постоянного тока называется ярмом. Он сделан из чугуна или стали. Он не только обеспечивает механическую прочность всей сборки, но и переносит магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения.
Столбы и полюсные наконечники: Столбы соединяются с ярмом с помощью болтов или сварки. Они несут обмотки возбуждения и к ним крепятся полюсные башмаки. Полюсные туфли служат двум целям; (i) они поддерживают катушки возбуждения и (ii) равномерно распределяют поток в воздушном зазоре.
Обмотка возбуждения: Обычно они изготавливаются из меди. Катушки возбуждения предварительно намотаны и размещены на каждом полюсе и соединены последовательно. Они намотаны таким образом, что под напряжением образуют чередующиеся северный и южный полюса.

Сердечник якоря (ротор)

Сердечник якоря: Сердечник якоря — это ротор машины постоянного тока. Он имеет цилиндрическую форму с прорезями для размещения обмотки якоря.Якорь состоит из тонких многослойных круглых стальных дисков для уменьшения потерь на вихревые токи. Он может быть снабжен воздуховодами для осевого воздушного потока с целью охлаждения. Якорь прикреплен к валу шпонкой.
Обмотка якоря: Обычно это бывшая намотанная медная катушка, которая находится в пазах якоря. Жилы якоря изолированы друг от друга, а также от сердечника якоря. Обмотку якоря можно намотать одним из двух способов; намотка внахлест или волновая намотка. Обычно используются двухслойные внахлест или волновые обмотки.Двухслойная обмотка означает, что каждый паз якоря будет иметь две разные катушки.
Коммутатор и щетки: Физическое соединение с обмоткой якоря осуществляется через устройство коллектор-щетка. Функция коммутатора в генераторе постоянного тока состоит в том, чтобы собирать ток, генерируемый в проводниках якоря. В то время как в случае двигателя постоянного тока коммутатор помогает подавать ток на проводники якоря. Коммутатор состоит из набора медных сегментов, изолированных друг от друга.Количество сегментов равно количеству витков якоря. Каждый сегмент соединен с катушкой якоря, а коммутатор прикреплен к валу шпонкой. Щетки обычно делают из углерода или графита. Они опираются на сегменты коммутатора и скользят по сегментам, когда коммутатор вращается, сохраняя физический контакт для сбора или подачи тока.

Коммутатор

Принцип работы генератора постоянного тока:

Согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, всякий раз, когда проводник помещается в изменяющееся магнитное поле (ИЛИ проводник перемещается в магнитном поле), в проводнике индуцируется ЭДС (электродвижущая сила).Величину наведенной ЭДС можно рассчитать из уравнения ЭДС генератора постоянного тока. Если в проводнике предусмотрен замкнутый путь, индуцированный ток будет циркулировать внутри пути. В генераторе постоянного тока катушки возбуждения создают электромагнитное поле, а проводники якоря вращаются в поле. Таким образом, в проводниках якоря возникает ЭДС электромагнитного поля. Направление индуцированного тока определяется правилом правой руки Флеминга.

Потребность в коммутаторе с разъемным кольцом:

Согласно правилу правой руки Флеминга, направление индуцированного тока изменяется всякий раз, когда изменяется направление движения проводника.Рассмотрим якорь, вращающийся по часовой стрелке, а проводник слева движется вверх. Когда якорь совершит половину оборота, направление движения этого конкретного проводника изменится на нисходящее. Следовательно, направление тока в каждом проводнике якоря будет переменным. Если вы посмотрите на приведенный выше рисунок, вы узнаете, как меняется направление индуцированного тока в проводнике якоря. Но в коммутаторе с разъемным кольцом соединения проводов якоря также меняются местами, когда происходит реверсирование тока.А значит, на выводах получаем однонаправленный ток.

Типы генератора постоянного тока:

Генераторы постоянного тока можно разделить на две основные категории, а именно; (i) отдельно возбужденный и (ii) самовозбужденный.
(i) С отдельным возбуждением : В этом типе катушки возбуждения получают питание от независимого внешнего источника постоянного тока.
(ii) Самовозбуждающийся : В этом типе катушки возбуждения получают питание от тока, производимого самим генератором. Первоначальная генерация ЭДС происходит из-за остаточного магнетизма в полюсах поля.Генерируемая ЭДС заставляет часть тока течь в катушках возбуждения, тем самым усиливая поток поля и тем самым увеличивая генерацию ЭДС. Генераторы постоянного тока с самовозбуждением можно разделить на три типа —
(а) Последовательная обмотка — обмотка возбуждения последовательно с обмоткой якоря
(б) Шунтирующая обмотка — обмотка возбуждения параллельно обмотке якоря
(c) Составная обмотка — комбинация последовательной и шунтирующей обмоток

Подробнее о типах генераторов / машин постоянного тока можно узнать здесь.

13.6 Электрические генераторы и обратная ЭМП — Университетская физика, Том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Объясните, как работает электрогенератор
Определить наведенную ЭДС в петле в любой интервал времени, вращающейся с постоянной скоростью в магнитном поле.
Покажите, что вращающиеся катушки имеют наведенную ЭДС; в двигателях это называется обратной ЭДС, потому что она противодействует входной ЭДС в двигатель

С помощью закона Фарадея можно понять множество важных явлений и устройств.В этом разделе мы рассмотрим два из них.

Электрогенераторы

Электрические генераторы индуцируют ЭДС, вращая катушку в магнитном поле, как кратко обсуждается в Движущей ЭДС. Теперь мы исследуем генераторы более подробно. Рассмотрим следующий пример.

Пример 13.9

Расчет ЭДС, индуцированной в катушке генератора

Катушка генератора, показанная на рисунке 13. на магнитное поле изначально равна cosθ, cosθ, и это вставляется определением скалярного произведения.Величина магнитного поля и площадь контура фиксируются во времени, что позволяет быстро упростить интеграцию. Индуцированная ЭДС записывается по закону Фарадея:

ε = NBAsinθdθdt.ε = NBAsinθdθdt.

Решение

Нам дано, что N = 200, N = 200, B = 0.80T, B = 0.80T, θ = 90 ° θ = 90 °, dθ = 90 ° = π / 2dθ = 90 ° = π / 2 и dt = 15.0 мс. Dt = 15.0 мс. Площадь петли A = πr2 = (3,14) (0,0500 м) 2 = 7,85 · 10−3м2. A = πr2 = (3,14) (0,0500 м) 2 = 7,85 · 10−3м2.

Ввод этого значения дает

ε = (200) (0,80T) (7,85 × 10−3m2) sin (90 °) π / 215.0 × 10−3s = 131V. Ε = (200) (0,80T) (7,85 × 10−3m2) sin (90 °) π / 215,0 × 10−3s = 131V.

Значение

Это практическое среднее значение, аналогичное 120 В, используемому в бытовой электросети.

ЭДС, рассчитанная в примере 13.9, является средним значением за четверть оборота. Какова ЭДС в каждый момент времени? Он меняется в зависимости от угла между магнитным полем и перпендикуляром к катушке. Мы можем получить выражение для ЭДС как функции времени, рассматривая ЭДС движения на вращающейся прямоугольной катушке шириной × и высотой × в однородном магнитном поле, как показано на рисунке 13.28.

Рис. 13.28 Генератор с одной прямоугольной катушкой, вращающейся с постоянной угловой скоростью в однородном магнитном поле, создает ЭДС, синусоидально изменяющуюся во времени. Обратите внимание, что генератор похож на двигатель, за исключением того, что вал вращается для выработки тока, а не наоборот.

На заряды в проводах петли действует магнитная сила, потому что они движутся в магнитном поле. Заряды в вертикальных проводах испытывают силы, параллельные проводу, вызывая токи.Но те, кто находится в верхнем и нижнем сегментах, ощущают силу, перпендикулярную проводу, которая не вызывает тока. Таким образом, мы можем найти наведенную ЭДС, рассматривая только боковые провода. ЭДС движения задается равной ε = Blvε = Blv, где скорость v перпендикулярна магнитному полю B . Здесь скорость находится под углом θθ к B , так что ее составляющая, перпендикулярная B , равна v sin θθ (см. Рисунок 13.28). Таким образом, в этом случае ЭДС, индуцированная с каждой стороны, равна ε = Blvsinθε = Blvsinθ, и они направлены в одном направлении.Суммарная ЭДС вокруг контура тогда составляет

. ε = 2Blvsinθ.ε = 2Blvsinθ.

13,13

Это выражение допустимо, но оно не дает ЭДС как функцию времени. Чтобы найти зависимость ЭДС от времени, предположим, что катушка вращается с постоянной угловой скоростью ωω. Угол θθ связан с угловой скоростью соотношением θ = ωt, θ = ωt, так что

ε = 2Blvsin (ωt). ε = 2Blvsin (ωt).

13,14

Итак, линейная скорость v связана с угловой скоростью ωω соотношением v = rω.v = rω. Здесь r = w / 2, r = w / 2, так что v = (w / 2) ω, v = (w / 2) ω и

ε = 2Blw2ωsinωt = (lw) Bωsinωt.ε = 2Blw2ωsinωt = (lw) Bωsinωt.

13,15

Заметив, что площадь петли A = lw, A = lw, и учитывая N петель, мы находим, что

ε = NBAωsin (ωt) .ε = NBAωsin (ωt).

13,16

Это ЭДС, индуцированная в катушке генератора из N, витков и области A, , вращающейся с постоянной угловой скоростью ωω в однородном магнитном поле B . Это также можно выразить как

. ε = ε0sinωt, ε = ε0sinωt,

13,17

где

— пиковая ЭДС, так как максимальное значение sin (wt) = 1 sin (wt) = 1.Обратите внимание, что частота колебаний равна f = ω / 2πf = ω / 2π, а период равен T = 1 / f = 2π / ω.T = 1 / f = 2π / ω. На рисунке 13.29 показан график зависимости ЭДС от времени, и теперь кажется разумным, что переменное напряжение синусоидально.

Рисунок 13.29 ЭДС генератора направляется на лампочку с показанной системой колец и щеток. График показывает ЭДС генератора как функцию времени, где ε0ε0 — пиковая ЭДС. Период равен T = 1 / f = 2π / ω, T = 1 / f = 2π / ω, где f — частота.

Тот факт, что пиковая ЭДС равна ε0 = NBAωε0 = NBAω, имеет смысл.Чем больше катушек, тем больше их площадь и чем сильнее поле, тем больше выходное напряжение. Интересно, что чем быстрее вращается генератор (больше ωω), тем больше ЭДС. Это заметно на велосипедных генераторах — по крайней мере, на более дешевых моделях.

На рис. 13.30 показана схема, с помощью которой генератор может вырабатывать импульсный постоянный ток. Более сложные конструкции из нескольких катушек и разрезных колец могут обеспечить более плавный постоянный ток, хотя для создания постоянного тока без пульсаций обычно используются электронные, а не механические средства.

Рисунок 13.30 Разделенные кольца, называемые коммутаторами, в этой конфигурации создают импульсный выходной сигнал ЭДС постоянного тока.

В реальной жизни электрические генераторы сильно отличаются от рисунков в этом разделе, но принципы те же. Источником механической энергии, вращающей катушку, может быть падающая вода (гидроэнергетика), пар, образующийся при сжигании ископаемого топлива, или кинетическая энергия ветра. На рис. 13.31 показана паровая турбина в разрезе; пар движется по лопастям, соединенным с валом, который вращает катушку внутри генератора.Производство электрической энергии из механической энергии — основной принцип всей энергии, которая направляется через наши электрические сети в наши дома.

Рисунок 13.31 Паровая турбина / генератор. Пар, образующийся при сжигании угля, ударяет по лопаткам турбины, вращая вал, который соединен с генератором.

Генераторы, показанные в этом разделе, очень похожи на двигатели, показанные ранее. Это не случайно. Фактически, двигатель становится генератором, когда его вал вращается.В некоторых ранних автомобилях стартер использовался в качестве генератора. В следующем разделе мы подробнее исследуем действие двигателя как генератора.

Задний Emf

Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую, а двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Таким образом, неудивительно, что двигатели и генераторы имеют одинаковую общую конструкцию. Двигатель работает, посылая ток через проволочную петлю, находящуюся в магнитном поле. В результате магнитное поле оказывает крутящий момент на петлю.Это вращает вал, тем самым извлекая механическую работу из первоначально подаваемого электрического тока. (См. Сила и крутящий момент в токовой петле для обсуждения двигателей, которое поможет вам лучше понять их, прежде чем продолжить.)

Когда катушка двигателя поворачивается, магнитный поток через катушку изменяется, и индуцируется ЭДС (в соответствии с законом Фарадея). Таким образом, двигатель действует как генератор всякий раз, когда его катушка вращается. Это происходит независимо от того, поворачивается ли вал под действием внешнего воздействия, например ременной передачи, или под действием самого двигателя.То есть, когда двигатель выполняет работу и его вал вращается, возникает ЭДС. Закон Ленца говорит нам, что ЭДС противодействует любому изменению, так что входной ЭДС, питающей двигатель, противостоит самогенерируемая ЭДС двигателя, называемая обратной ЭДС двигателя (рис. 13.32).

Рис. 13.32 Катушка двигателя постоянного тока представлена на этой схеме в виде резистора. Обратная ЭДС представлена как переменная ЭДС, которая противодействует ЭДС, приводящей в движение двигатель. Обратная ЭДС равна нулю, когда двигатель не вращается, и увеличивается пропорционально угловой скорости двигателя.

Выходная мощность генератора двигателя — это разница между напряжением питания и обратной ЭДС. При первом включении двигателя обратная ЭДС равна нулю, что означает, что катушка получает полное управляющее напряжение, а двигатель потребляет максимальный ток, когда он включен, но не вращается. По мере того, как двигатель вращается быстрее, обратная ЭДС возрастает, всегда противодействуя управляющей ЭДС, и снижает как напряжение на катушке, так и величину потребляемого ею тока. Этот эффект заметен во многих обычных ситуациях.Когда пылесос, холодильник или стиральная машина включается в первый раз, свет в той же цепи на короткое время тускнеет из-за падения IR в питающих линиях из-за большого тока, потребляемого двигателем.

Когда двигатель впервые включается, он потребляет больше тока, чем когда он работает с нормальной рабочей скоростью. Когда на двигатель оказывается механическая нагрузка, например, электрическая инвалидная коляска, поднимающаяся в гору, двигатель замедляется, обратная ЭДС падает, течет больше тока и можно выполнять больше работы.Если двигатель работает на слишком низкой скорости, больший ток может его перегреть (из-за резистивной мощности в катушке, P = I2R), P = I2R), возможно, даже сжечь его. С другой стороны, если на двигатель нет механической нагрузки, он увеличивает свою угловую скорость ωω до тех пор, пока обратная ЭДС не станет почти равной управляющей ЭДС. Тогда двигатель использует достаточно энергии только для преодоления трения.

Вихревые токи в железных сердечниках двигателей могут вызывать серьезные потери энергии. Их обычно сводят к минимуму, собирая сердечники из тонких электрически изолированных листов железа.На магнитные свойства сердечника практически не влияет ламинация изолирующего листа, в то время как резистивный нагрев значительно снижается. Рассмотрим, например, катушки двигателя, представленные на рисунке 13.32. Катушки имеют эквивалентное сопротивление 0,400 Ом 0,400 Ом и управляются ЭДС 48,0 В. Вскоре после включения они потребляют ток

. I = V / R = (48,0 В) / (0,400 Ом) = 120 AI = V / R = (48,0 В) / (0,400 Ом) = 120 А

и, таким образом, рассеивают P = I2R = 5,76 кВт = I2R = 5,76 кВт энергии в качестве теплопередачи.Предположим, что при нормальных условиях эксплуатации для этого двигателя обратная ЭДС составляет 40,0 В. Тогда при рабочей скорости полное напряжение на катушках составляет 8,0 В (48,0 В минус обратная ЭДС 40,0 В), а потребляемый ток равен

. I = V / R = (8,0 В) / (0,400 Ом) = 20 А. I = V / R = (8,0 В) / (0,400 Ом) = 20 А.

Таким образом, при нормальной нагрузке рассеиваемая мощность составляет P = IV = (20A) (8,0 В) = 160 Вт. P = IV = (20 A) (8,0 В) = 160 Вт. Это не вызывает проблем для этого двигателя, тогда как прежние 5,76 кВт сожгли бы катушки, если бы продолжали работать.

Пример 13.10

Двигатель с последовательной обмоткой в работе

Полное сопротивление (Rf + Ra) (Rf + Ra) двигателя постоянного тока с последовательной обмоткой составляет 2,0 Ом 2,0 Ом (рисунок 13.33). При подключении к источнику 120 В (εSεS) двигатель потребляет 10 А при работе с постоянной угловой скоростью. (а) Какая обратная ЭДС индуцируется во вращающейся катушке εi? εi? б) Какова механическая мощность двигателя? (c) Какая мощность рассеивается на сопротивлении катушек? (d) Какова выходная мощность источника 120 В? (e) Предположим, что нагрузка на двигатель увеличивается, заставляя его замедляться до точки, в которой он потребляет 20 А.Ответьте на вопросы от (a) до (d) в этой ситуации.

Рис. 13.33. Схема двигателя постоянного тока с последовательной обмоткой.

Стратегия

Обратная ЭДС рассчитывается на основе разницы между подаваемым напряжением и потерями из-за тока через сопротивление. Мощность каждого устройства рассчитывается по одной из формул мощности на основе данной информации.

Решение

ЭДС обратная εi = εs − I (Rf + Ra) = 120V− (10A) (2.0Ω) = 100V. εi = εs − I (Rf + Ra) = 120V− (10A) (2.0 Ом) = 100 В.
Поскольку потенциал на якоре составляет 100 В при токе через него 10 А, выходная мощность двигателя равна Pm = εiI = (100 В) (10 A) = 1,0 × 103 Вт. Pm = εiI = (100 В) (10 A) = 1,0 × 103 Вт.
Ток 10 А протекает через катушки, общее сопротивление которых составляет 2,0 Ом 2,0 Ом, поэтому мощность, рассеиваемая в катушках, составляет PR = I2R = (10A) 2 (2.0Ω) = 2.0 × 102W. PR = I2R = (10A) 2 (2.0Ω) = 2.0 × 102W.
Поскольку 10 А потребляется от источника 120 В, его выходная мощность составляет Ps = εsI = (120V) (10A) = 1,2 × 103Вт. Ps = εsI = (120V) (10A) = 1.2 × 103 Вт.
Повторяя те же вычисления с I = 20AI = 20A, находим εi = 80 В, Pm = 1,6 × 103 Вт, PR = 8,0 × 102 Вт и Ps = 2,4 × 103 Вт. εi = 80 В, Pm = 1,6 × 103 Вт, PR = 8,0 × 102 Вт и Ps = 2,4 × 103 Вт. В этом случае двигатель вращается медленнее, поэтому его выходная мощность и мощность источника больше.

Значение

Обратите внимание, что у нас есть энергетический баланс в части (d): 1,2 × 103 Вт = 1,0 × 103 Вт + 2,0 × 102 Вт. 1,2 × 103 Вт = 1,0 × 103 Вт + 2,0 × 102 Вт. Описание синхронных генераторов переменного тока

— saVRee

Введение

Генераторы синхронного переменного тока (переменного тока) являются преобладающим типом генераторов, используемых для выработки электроэнергии в энергетике промышленности.Свыше 95% всей потребляемой сегодня электроэнергии вырабатывается трехфазными (3 ~) электрогенераторами переменного тока. Принцип работы всех генераторов переменного тока основан на законе электромагнитной индукции Фарадея.

Дизельный двигатель, подключенный к генератору переменного тока

Закон Фарадея

Два физических закона определяют, как работает почти вся электротехническая промышленность.

Закон Фарадея — изменяющееся магнитное поле будет индуцировать напряжение в любом проводнике в пределах этого поля.
Закон Ампера — Электрический ток , протекающий по проводнику , создает магнитное поле вокруг этого проводника .

Закон Ампера — магнитные поля, создаваемые вокруг проводников из-за протекания тока

Обычный и истинный ток (поток через отверстие)

Когда ток (измеряется в А, ) протекает через проводник , вокруг этого проводника создается магнитное поле .Направление магнитного поля зависит от направления потока тока .

Правило правой руки

Правило показывает направление магнитного поля на основе условного протекания тока ( от положительного до отрицательного ). Правило правой руки называется так, потому что, если рука сжимает проводник, большой палец укажет направление потока тока , в то время как пальца , обернутые вокруг проводника, укажут направление магнитного поля .

Правило правой руки

Правило левой руки

Правило левой руки показывает направление магнитного поля на основе истинного потока тока ( отрицательного на положительный ). В большинстве электрических машиностроительных отраслей используется условных потоков тока , в то время как электронных отраслей предпочитают истинных потоков тока (также известных как « потоков »). Для большинства приложений направление тока не имеет значения, поэтому историческая ошибка, сделанная при предположении, что ток течет от положительного к отрицательному, никогда не исправлялась.

Важно — в большинстве публикаций используется ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ. Если не указано иное, предполагайте обычный ток.

Правило левой руки

Правило левой руки Флеминга

Полезно знать другое правило левой руки, которое используется гораздо чаще, чем правило левой руки, упомянутое ранее; это правило левой руки называется « правило левой руки Флеминга ».

Правило левой руки Флеминга используется для определения силы , приложенной к проводнику под напряжением (электрически заряженный), когда он помещен в магнитное поле.Правило левой руки Флеминга часто используется для определения направления вращения электродвигателей .

Правило левой руки Флеминга

Закон Фарадея

Закон Фарадея теперь будет рассмотрен более подробно, поскольку он напрямую связан с тем, как вырабатывается электроэнергии (закон Ампера будет обсуждаться позже).

Закон Фарадея гласит, что если проводник движется через магнитное поле, напряжение ( разность электрических потенциалов ) будет , индуцированное в этом проводнике.Точно так же напряжение будет индуцироваться в неподвижном проводнике, если он находится в изменяющемся магнитном поле. Никакое напряжение не будет индуцироваться, если магнитное поле статическое. (не меняется).

Магнит с линиями магнитного поля

Обратите внимание, что закон Фарадея также упоминается как « закон электромагнитной индукции Фарадея». Термины « магнитная индукция » и « электромагнитная индукция » имеют одинаковое значение и используются взаимозаменяемо.

Магнитные поля

Магнитные поля представлены серией линий, идущих от одного конца магнита к другому.

Более сильные магнитные поля представлены плотно упакованными линиями магнитного поля.
Более слабые магнитные поля находятся на расстоянии друг от друга .

Напряженность поля магнита пропорциональна расстоянию от магнита i.е. Напряженность поля сильнее в непосредственной близости от магнита и становится слабее по мере увеличения расстояния от магнита.

Проводники

Проводник — это любое вещество, пропускающее ток (позволяющее течь электронам). Некоторые проводники имеют лучшие свойства проводимости и (способность проводить ток), чем другие. В электротехнике медь и алюминий являются популярными проводниками, потому что они имеют высокую проводимость .

Медная проводка (медные жилы)

Как работают генераторы переменного тока

Закон Фарадея гласит, что напряжение индуцируется в любом проводнике , помещенном в изменяющееся магнитное поле; этот процесс индукции известен как « электромагнитная индукция ». Следовательно, чтобы генерировать переменный ток (AC), мы должны либо:

Постоянно перемещайте проводник через постоянное магнитное поле.
Постоянно перемещайте магнитное поле по неподвижному проводнику.

Крупные электростанции вырабатывают электроэнергию, используя вариант «постоянно перемещать магнитное поле по стационарному проводнику». Электростанции — это не простые конструкции, но основные принципы выработки электроэнергии на более чем 95% электростанциях показаны ниже.

Проводник, движущийся в стационарном магнитном поле

Обратите внимание, что на изображении выше показан вращающийся проводник, но на электростанциях есть стационарные проводники и вращающиеся магниты (установка, противоположная показанной на изображении).

Для выработки энергии необходим магнит и средство непрерывного перемещения этого магнита, чтобы магнитное поле постоянно изменялось. Можно перемещать магнит вперед и назад линейно (по прямой линии), но это было бы немного непрактично и неэффективно. Самый экономичный способ поддерживать постоянное движение силовых линий магнитного поля — это вращение / вращение магнита. Этого можно легко достичь, прикрепив магнит к машине, мощность которой составляет , вращательное движение .Например, прикрепив выходной вал к перечисленным ниже машинам, а затем подключив магнит к выходному валу, мы можем передать вращательное движение машины ( механическая мощность ) на магнит:

В реальном мире вышеупомянутые машины называют «первичными двигателями », потому что они передают механическую энергию, необходимую генератору для выработки электроэнергии. Важно понимать, что «генераторы» не «генерируют» электрическую энергию. Можно только передавать энергию из одной формы в другую.

Энергия не может быть уничтожена или создана / сгенерирована ( Первый закон термодинамики )

Первичные двигатели передают механической энергии генераторам через вал и / или редуктор . Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую энергию .

Базовый пример выработки электроэнергии

Видео ниже представляет собой отрывок из нашего онлайн-видеокурса с объяснениями в области машиностроения и электротехники.

Чтобы смоделировать первичный двигатель , мы можем физически прикрепить магнит к выходному валу водяного колеса ( гидротурбина ). Вода проходит по водяному колесу, заставляя его вращаться, и, следовательно, вращается магнит. Если подача воды непрерывна, водяное колесо вращается непрерывно, как и магнит. Теперь, когда найдено средство непрерывного изменения магнитного поля, проводник должен быть помещен в изменяющееся магнитное поле, чтобы можно было индуцировать напряжение.

Базовая установка для выработки электроэнергии переменного тока

Размещение одного проводника в магнитном поле не вызовет большого напряжения внутри этого проводника, но если проводник намотан в форме катушки , можно навести гораздо большее напряжение. Чтобы сделать индукцию напряжения еще более эффективной, проводник можно установить как можно ближе к к магниту. Кроме того, добавление дополнительных контуров к катушке вызовет на больше напряжения , в то время как удаление контуров из катушки вызовет на меньше напряжения .

Когда магнит вращается и проводник помещен в магнитное поле, в проводнике будет индуцироваться напряжение. Если проводник подключен к замкнутой электрической цепи , будет протекать переменный ток . Электроэнергия теперь может быть доставлена / отправлена потребителям в пользование!

Базовый пример выработки электроэнергии переменного тока

Ротор генератора

Промышленные генераторы основаны на более сложных компонентах, чем простые магниты и катушки, но принципы работы генерации энергии остаются теми же.Вращающийся магнит генератора упоминается как «ротор », в то время как катушка упоминается как «статор ». Статор может выступать в роли магнита, а ротор — в качестве катушки, но эта установка в настоящее время обсуждаться не будет.

Ротор обычно состоит из серии магнитов , установленных на многослойном сердечнике из тонких стальных пластин ; тонкие стальные многослойные пластины обозначаются как « ламинаты ».Слоистость влияет на форму магнитного поля , поскольку сталь содержит железа , которое является магнитным (способным к , действующему как магнит или , притягивающемуся магнитом ). Кроме того, пластинки фокусируют магнитное поле так, чтобы как можно больше магнитных линий пересекались с проводником. Фокусировка магнитного поля повышает эффективность генератора, поскольку напряжение, индуцированное в проводнике, увеличивается по мере увеличения количества силовых линий магнитного поля, пересекающих проводник.

Для реальных приложений базовый пример «магнита, вращающегося рядом с катушкой», описанный ранее, не позволит нам удовлетворить потребности нашей цивилизации в электроэнергии. Постоянные магниты не практичны для работы с (трудно транспортировать, представляют угрозу безопасности и т. Д.) И на дороги . Требуется альтернативная форма магнита, этому требованию удовлетворяют электромагнитов .

Совет: постоянный магнит — это магнит, у которого Северный и Южный полюса фиксированы и не меняются.Постоянные магниты также известны как «ферромагнетики ».

Постоянные магниты

Что такое закон Ампера?

Прежде чем обсуждать электромагниты, необходимо понять закон Ампера .

Закон Ампера гласит , что электрический ток , протекающий в проводнике, создает магнитное поле вокруг этого проводника. Сила создаваемого магнитного поля пропорциональна величине протекающего тока.Постоянный ток протекает в в одном направлении , и результирующее магнитное поле размером и полярностью является постоянным. Переменный ток течет в двух направлениях и результаты:

Размер магнитного поля увеличивается и уменьшается .
Напряженность магнитного поля увеличивается и уменьшается .
Полярность магнитного поля меняется на противоположную (с севера на юг, затем с юга на север) .

Вышеупомянутые результаты происходят в sync с изменением направления электрического тока. Синусоида используется для обозначения силы магнитного поля с течением времени и его полярности (север положительный, юг отрицательный).

Синусоида, изменяющаяся во времени

Какая полярность? Постоянные магниты

имеют полюс Северный и Южный .Если Южный и Северный полюса магнита меняют свое положение (так, что Север становится Южным, а Юг становится Северным), полярность считается «обратной».

Электромагниты

Как упоминалось ранее, закон Ампера гласит, что «электрический ток, протекающий в проводнике, создает магнитное поле вокруг этого проводника».

Если в проводнике течет постоянный ток (DC), магнитное поле будет постоянным.

Если в проводнике течет переменный ток (AC), магнитное поле будет изменяться (расширяться и сжиматься).

Сила магнитного поля, окружающего проводник, пропорциональна величине тока, протекающего по проводнику .

Можно создать сфокусированное магнитное поле, намотав проводник в форме катушки . Если через катушку протекает ток, будут созданы северный и южный полюсы на каждом конце катушки.

Магнитное поле, создаваемое током, протекающим через катушку

Электромагнит создается, когда ток течет через катушку и в результате формируются северный и южный магнитные полюса. Обратите внимание, что положение Севера и Юга можно поменять местами, если изменит направление тока на противоположное. Постоянный ток создаст фиксированных Северный и Южный полюс, потому что ток течет только в одном направлении .Переменный ток создаст различных северных и южных полюсов, потому что токи протекают в двух направлениях (назад и вперед).

Если катушки установлены на роторе генератора, к этим катушкам можно подавать электрический ток для создания электромагнита. Установка нескольких катушек на ротор позволяет создать несколько северных и южных магнитных полюсов. Создание магнитного поля генератора с помощью электромагнитов имеет несколько значительных преимуществ по сравнению с использованием постоянных магнитов:

Управление током , подаваемым на электромагнит (ы), дает возможность контролировать силу магнитного поля, , таким образом, можно контролировать, сколько напряжения индуцируется в обмотках статора (проводящих катушках).
Изменение количества катушек , используемых электромагнитом, определяет напряженность потенциального магнитного поля , которую может создать электромагнит; это важная и полезная характеристика в процессе проектирования.
Материалы катушек , как правило, намного легче получить , , поддерживать , и / или заменить , чем большие постоянные магниты.
Электромагниты на дешевле по сравнению с большими постоянными магнитами.
С электромагнитами легче обращаться с , чем с большими постоянными магнитами.

Что такое «полюса ротора генератора»?

Роторы генератора иногда называют « 2-полюсными » или « 4-полюсными » и т. Д. « полюса » относятся к северному или южному полюсу магнита. Двухполюсный ротор имеет один южный и один северный полюсы. 4-полюсный ротор имеет два северных и два южных полюса и т. Д.

Статор генератора

Проводящие катушки , окружающие ротор, вместе называются «статором ». Окружение ротора катушкой или серией катушек гарантирует, что силовые линии магнитного поля, создаваемые ротором, пересекаются с большой площадью катушки (катушек), что дает большее наведенное напряжение.

Статор с одиночной катушкой будет индуцировать однофазное (1 ~) напряжение . Установка большего количества катушек дает дополнительные фазы.«, фаза » — это потенциал напряжения, измеренный на одном проводе. Наведение напряжения в 3 отдельных катушках в одно и то же время было бы непрактично, потому что электрическая система будет сильно переключаться между положительным и отрицательным напряжением, и было бы невозможно установить катушки в одном и том же физическом пространстве. Установка трех катушек на 120 градусов друг от друга позволяет индуцировать напряжение в трех отдельных катушках более сбалансированным образом. Электростанции вырабатывают трехфазное переменное напряжение.

Трехфазное переменное напряжение

Электроэнергия (P = VI)

Электрическая мощность представляется уравнением:

P = V I

Мощность = Напряжение x Ток

Из приведенного выше уравнения можно вывести, что мощность всегда будет равна 0, если значение напряжения равно 0, или если значение тока равно 0. В разомкнутой цепи нет тока , но если цепь замкнута, ток будет течь (при наличии тока).Хотя возможно наличие напряжения без тока, невозможно получить ток без напряжения. Следовательно, для выработки электроэнергии мы должны иметь как напряжение, так и замкнутую цепь для протекания тока.

Как электростанции вырабатывают электроэнергию

Независимо от того, какой тип электростанции ( электростанция ) рассматривается, более 95% из них используют фундаментальный принцип «постоянно перемещать магнитное поле по неподвижному проводнику» для выработки электроэнергии.Например:

Угольная электростанция (и любая электростанция на ископаемом топливе ) — сжигает топлива для высвобождения своей химической энергии в виде тепла , которое затем используется для превращения воды в пар . Пар подается на паровую турбину , которая заставляет турбину вращаться. Результирующая механическая мощность от турбины передается на генератор через вал (и обычно редуктор ).
Ветряная турбина — ветер проходит над лопастями ротора ветряной турбины , что приводит к вращению лопастей. Вращательное движение ( кинетическая энергия ) от лопастей передается на генератор.
Атомная электростанция — вырабатывает тепла ( тепловой энергии ) для повышения температуры воды; затем вода подается в теплообменник. Вода на кожухе кожухотрубного теплообменника превращается в пар при нагревании; затем этот пар подается на паровую турбину , которая соединена с генератором .
Гидроэлектростанция (плотина, гидроаккумулятор, приливный поток, приливная плотина, русло реки) — вода подается на рабочий ход турбины , который приводит во вращение рабочий литник. Бегунок соединен на валу с генератором .

Рабочее колесо и генератор гидроэлектрической турбины

Солнечная печь — Электромагнитные волны от солнца фокусируются в определенной точке (солнечная печь ), чтобы в этой точке генерировать большое количество тепла.Теплоноситель (часто расплавленная соль ) поглощает тепло и передает его воде через теплообменник . Вода меняет фазу на пар , и пар подается на паровую турбину , которая соединена с генератором .

Дополнительные ресурсы
https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/physical-processes/magnetism-mcat/a/using-the-right-hand-rule
https: // en.wikipedia.org/wiki/Electricity_generation
https://www.eia.