Проектирование электрического генератора - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Какими бы ни были электрогенераторы, их основной принцип заключается в том, что электричество вырабатывается путем вращения обмотки в магнитном поле. Это означает, что мы можем различать два схематических типа генераторов: либо мы вращаем магнитное поле в неподвижном проводнике, либо мы вращаем проводник в неподвижном магнитном поле.

Содержание

Устройство генератора тока

Приветствуем всех на нашем сайте. Сегодня мы поговорим о конструкции генератора тока. Попробуем максимально осветить эту тему и рассмотрим устройство генераторов постоянного и переменного тока.

На самом деле, называть это устройство генератором переменного тока или генератором постоянного тока не совсем корректно, поскольку ток возникает только в замкнутой цепи. Вообще говоря, в обмотках генератора возникает ЭДС, а не ток. Ток начинает течь только при подключении нагрузки к обмоткам. Однако в этой статье мы будем использовать знакомые термины.

Какими бы ни были электрогенераторы, их основной принцип заключается в выработке электроэнергии путем вращения обмотки в магнитном поле. Это означает, что мы можем различать две схематические формы осцилляторов: либо мы вращаем магнитное поле в неподвижном проводнике, либо мы вращаем проводник в неподвижном магнитном поле.

Содержание:

Конструкция генератора переменного тока
Проектирование генератора постоянного тока

Контрольная работа по физике на тему “Генерация и передача переменного тока, трансформатор” для учащихся 9 класса с ответами. Тест содержит 10 вопросов с множественным выбором.

Контрольная работа по физике Генерация и передача переменного тока для 9 класса

Тест по физике на тему Генерация и передача переменного тока, трансформатор для учащихся 9 класса с ответами. Тест содержит 10 вопросов с вариантами ответов.

1. Выберите правильное(ые) утверждение(я).

А. A. в электросетях в нашей стране используется постоянный ток
B. в электросетях нашей страны используется переменный ток

1) только A
2) только B
3) и A, и B
4) ни A, ни B

2. Где осуществляется промышленное производство переменного тока?

1) На заводах
2) На заводах
3) Электростанции
4) В домах

3. Какое явление лежит в основе работы генераторов?

1) Намагничивание
2) Электролиз
3) Электромагнитная индукция
4) Резонанс

4. Как называется подвижная часть генератора переменного тока?

1) ротор
2) статор
3) трансформатор
4) электродвигатель

5. В индукционном генераторе тока преобразование

1. механическую энергию ротора и магнитную энергию статора в электрическую энергию
2) механическая и магнитная энергия ротора в электрическую энергию
3. превращение электрической энергии тока, протекающего через катушку статора, и механической энергии ротора в магнитную энергию
4) магнитная энергия ротора в электрическую энергию.

6. Какова стандартная частота переменного тока в России?

1) 25 Гц
2) 50 Гц
3) 75 Гц
4) 100 Гц

7. Стандартная частота переменного тока в США составляет 60 Гц. Определите его период.

1) 0,017 с
2) 0,6 с
3) 0,3 с
4) 60 с

8. График справа показывает изменяющуюся во времени силу тока. Используя график, определите частоту колебаний.

1) 0,25 Гц
2) 0,5 Гц
3) 1 Гц
4) 2 Гц

9. Повышающий трансформатор на электростанции используется для того, чтобы

1) увеличение тока в линиях электропередач
2) увеличение частоты передаваемого напряжения
3) снизить частоту передаваемого напряжения
4) снизить часть энергии, теряемой на линиях электропередач

10. Напряжения на концах первичной и вторичной обмоток ненагруженного трансформатора равны U₁ = 220 В и U₂ = 55 В. Каково отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке N₁/N₂?

Ответы на тесты по физике Производство и передача переменного тока, трансформатор
1-2
2-3
3-3
4-1
5-1
6-2
7-1
8-1
9-4
10-2

Полюса магнита крепятся к корпусу штифтами или винтами. На них крепится обмотка.

Как устроены генераторы постоянного и переменного тока

Термин “генерация” в электротехнике происходит из латинского языка. Оно означает “рождение”. Генераторы, применительно к энергетическому сектору, – это технические устройства, вырабатывающие электроэнергию.

Следует отметить, однако, что электричество может быть произведено путем преобразования различных форм энергии, таких как

тепловой энергии и других видов энергии.

Исторически генераторы использовались для обозначения конструкций, преобразующих кинетическую энергию вращательного движения в электрическую энергию.

В зависимости от типа вырабатываемой электроэнергии генераторы различают:

1) постоянный ток;

Принцип работы простого генератора

Физические законы, позволяющие современным электроустановкам вырабатывать электричество путем преобразования механической энергии, были открыты учеными Эрстедом и Фарадеем.

В конструкции каждого генератора реализован принцип электромагнитной индукции, при котором электрический ток индуцируется в замкнутой рамке путем пересечения ее с вращающимся магнитным полем, которое создается постоянными магнитами в упрощенных моделях для бытового использования или обмотками возбуждения в более мощных промышленных изделиях.

При вращении рамки величина магнитного потока меняется.

Электродвижущая сила, индуцируемая в катушке, зависит от скорости изменения магнитного потока, проходящего через рамку в замкнутом контуре S, и прямо пропорциональна его величине. Чем быстрее вращается ротор, тем выше значение вырабатываемого напряжения.

Для создания замкнутой цепи и отвода из нее электрического тока потребовались коллектор и щеточный узел, обеспечивающие постоянный контакт между вращающейся рамой и неподвижной частью цепи.

Конструкция упругих щеток, прижимающихся к пластинам коллектора, проводит электрический ток к выходным клеммам, а оттуда он поступает в электросеть к потребителю.

Принцип работы элементарного генератора переменного тока

При вращении рамки вокруг своей оси ее левая и правая половины поворачиваются вокруг магнитов с южными или северными полюсами. Каждый раз, когда ток течет в противоположных направлениях, он меняется на противоположный, так что на каждом полюсе он течет в одном направлении.

Для получения постоянного тока в выходной цепи на коллекторном узле формируется полукольцо для каждой половины обмотки. Щетки, прилегающие к кольцу, притягивают только потенциал своего знака: положительный или отрицательный.

Поскольку полукольцо вращающейся рамки разомкнуто, оно создает моменты, когда ток достигает максимального значения или когда не достигает. Для того чтобы не только направление, но и величина генерируемого напряжения оставались постоянными, рама изготавливается по специальной технологии:

в нем используется не одна катушка, а несколько, в зависимости от величины предполагаемого напряжения;

Количество рамок не ограничивается одной штукой: мы стараемся сделать их достаточное количество, чтобы оптимально поддерживать колебания напряжения на одном уровне.

В генераторе постоянного тока обмотки ротора размещаются в пазах магнитной цепи. Это уменьшает потери в индуцированном электромагнитном поле.

Конструктивные особенности генераторов постоянного тока

Основными компонентами устройства являются:

внешняя силовая рама;

распределительный блок со щетками.

Корпус изготавливается из стали или чугунных сплавов, что обеспечивает механическую прочность всей конструкции. Дополнительной функцией корпуса является передача магнитного потока между полюсами.

Полюса магнита крепятся к корпусу с помощью штифтов или винтов. На них крепятся обмотки.

Статор, также называемый ярмом или рамой, изготовлен из ферромагнитных материалов. На него помещается обмотка катушки возбуждения. Сердечник статора оснащен магнитными полюсами, которые формируют его магнитное силовое поле.

Ротор является синонимом якоря. Магнитная цепь состоит из пластин катушки, которые уменьшают вихревые токи и повышают эффективность. Ротор и/или обмотки самовозбуждения заложены в пазы сердечника.

Число полюсов коммутации щеток может быть различным, но всегда кратно двум. Материал щеток обычно графит. Коллекторные пластины изготовлены из меди, которая является оптимальным металлом по свойствам электропроводности.

Использование коммутатора создает пульсирующий сигнал на выходных клеммах генератора постоянного тока.

Основные конструктивные типы генераторов постоянного тока

Различают по типу питания обмотки возбуждения:

1. самовозбуждающийся;

2. работающий на независимой коммутационной основе.

Первые продукты могут:

Используйте постоянные магниты;

Или питаться от внешних источников, например, батарей, ветряных турбин…

Независимо соединенные генераторы работают от своих собственных обмоток, которые могут быть соединены с помощью

через шунты или параллельное возбуждение.

Один из примеров такого соединения показан на рисунке.

Примером генератора постоянного тока является конструкция, которая в прошлом часто использовалась в автомобильных приложениях. Его конструкция такая же, как у асинхронного двигателя.

Такие конструкции коллекторов способны работать одновременно в режиме двигателя или генератора. По этой причине они получили широкое распространение в существующих гибридных автомобилях.

Процесс реакции закрепления

Возникает при неправильной настройке усилия щеток в режиме холостого хода, что приводит к неоптимальному трению между щетками. Это может привести к снижению магнитного поля или пожароопасности из-за повышенного искрообразования.

Способы его снижения следующие:

Компенсация магнитных полей путем присоединения дополнительных полюсов;

Регулировка положения смещения щеток коллектора.

Преимущества генераторов постоянного тока

отсутствие гистерезисных потерь и образования вихревых токов;

эксплуатации в экстремальных условиях;

Уменьшенный вес и малые габариты.

Принцип работы простого генератора переменного тока

Внутри этой конструкции используются все те же детали, что и в предыдущем аналоге:

коллекторный узел со щетками для перенаправления тока.

Основное отличие заключается в конструкции коллекторного узла, который сконструирован таким образом, что при вращении щеток по каркасу происходит постоянный контакт с их половиной каркаса без циклических изменений их положения.

Это гарантирует, что ток, изменяющийся по гармоническим законам в каждой половине рамки, передается совершенно неизменным к щеткам и затем через них в приемную цепь.

Конечно, каркас формируется не путем намотки одной катушки, а рассчитанным количеством витков для получения оптимального напряжения.

Таким образом, принцип работы генераторов постоянного и переменного тока общий, а различия в конструкции заключаются в производстве:

коллекторный узел вращающегося ротора;

конфигурация обмоток на роторе.

Конструктивные особенности промышленных генераторов переменного тока

Давайте рассмотрим основные части промышленного индукционного генератора, в котором ротор получает вращательное движение от расположенной рядом турбины. Конструкция статора включает в себя электромагнит (хотя магнитное поле может создаваться набором постоянных магнитов) и обмотку ротора с определенным числом витков.

В каждой катушке индуцируется электродвижущая сила, которая при последовательном сложении в каждой катушке создает общее напряжение на выходных клеммах, которое подается в цепь питания подключенных нагрузок.

Для увеличения амплитуды ЭДС на выходе генератора используется магнитная система специальной конструкции, выполненная из двух магнитопроводов с использованием электротехнической стали специальных марок в виде гнутых листов с прорезями. Внутри них монтируются обмотки.

В корпусе генератора находится сердечник статора с пазами для размещения обмоток, которые создают магнитное поле.

Ротор, вращающийся на подшипниках, также имеет щелевой магнитопровод, внутри которого установлена обмотка для приема наведенной ЭДС. Обычно ось вращения выбирается горизонтальной, хотя существуют конструкции генераторов с вертикальным расположением и подходящей конструкцией подшипников.

Между статором и ротором всегда есть зазор, который необходим для обеспечения вращения и предотвращения заклинивания. В то же время, однако, энергия магнитной индукции теряется в этом зазоре. По этой причине мы стараемся сделать его как можно меньше, оптимально учитывая оба требования.

Поле возбуждения, установленное на том же валу, что и ротор, представляет собой генератор постоянного тока относительно небольшой мощности. Его задача – подавать энергию на обмотки генератора в состоянии независимого возбуждения.

Эти возбудители чаще всего используются в турбогенераторах или гидрогенераторах в режиме основного или резервного возбуждения.

На чертеже промышленного генератора переменного тока показано расположение собирающих колец и щеток для отбора тока от вращающейся структуры ротора. Во время работы этот узел подвергается постоянным механическим и электрическим нагрузкам. Для их преодоления создается сложная конструкция, которая требует периодического обслуживания и профилактических мер в процессе эксплуатации.

Для снижения возникающих эксплуатационных затрат используется другая альтернативная технология, которая также использует влияние вращающихся электромагнитных полей. Только ротор оснащен постоянными или электрическими магнитами, а напряжение берется с неподвижной обмотки.

Когда такая схема создана, ее можно назвать “генератором переменного тока”. Применяется в синхронных генераторах: высокочастотных, автомобильных, тепловозах и судах, установках электростанций для выработки электроэнергии.

Характеристики синхронных генераторов

Название и характерная особенность этого действия – создание жесткой связи между частотой переменной электродвижущей силы, индуцируемой в обмотке статора “f”, и вращением ротора.

Трехфазная обмотка встроена в статор, а ротор имеет катушку с сердечником и обмоткой возбуждения, которая питается от цепи постоянного тока через щеточно-коллекторный узел.

Ротор приводится в движение механическим источником энергии, приводным двигателем, с той же скоростью. Его магнитное поле совершает такое же движение.

Обмотки статора вызывают электродвижущие силы одинаковой величины, но смещенные по направлению на 120 градусов, создавая трехфазную симметричную систему.

При соединении концов обмоток в цепи приемника фазные токи в цепи начинают взаимодействовать и создают магнитное поле, которое вращается совершенно одинаково: синхронно.

Форма индуцированной ЭДС зависит только от закона распределения вектора магнитной индукции в зазоре между полюсами ротора и пластинами статора. Поэтому можно создать структуру, в которой индукция изменяется по синусоидальной характеристике.

Когда зазор имеет постоянную характеристику, вектор магнитной индукции внутри зазора имеет трапециевидную форму, как показано на линейной диаграмме 1.

Однако, если форму краев на полюсах исправить на косую и изменить зазор до максимального значения, можно получить синусоидальное распределение, как показано на линии 2. Этот метод используется на практике.

Схемы возбуждения синхронных генераторов

Магнитодвижущая сила, возникающая в обмотке возбуждения ротора, создает его магнитное поле. Для этой цели существуют различные конструкции возбудителей постоянного тока, основанные на:

1. метод контакта;

2. бесконтактный метод.

В первом из них используется отдельный генератор переменного тока, называемый возбудителем “B”. Его обмотка возбуждения питается от генератора, работающего по принципу параллельного возбуждения, называемого возбудителем “SW”.

Все роторы расположены на общем валу. Это гарантирует, что они вращаются одинаково. Ростаты r1 и r2 используются для регулирования токов в цепях возбудителя и подвозбудителя.

При бесконтактном методе на роторе нет контактных колец. Трехфазная обмотка возбуждения установлена непосредственно на роторе. Он вращается синхронно с ротором и передает постоянный ток непосредственно на обмотку возбуждения “В” через сонаправленный выпрямитель.

Вариантом схемы подхода является:

1) Контур с самовозбуждением с собственной обмоткой статора;

2) автоматизированная схема.

При первом способе напряжение с обмоток статора подается на понижающий трансформатор, а затем на полупроводниковый выпрямитель “ПП”, который вырабатывает постоянный ток.

В этом методе начальное возбуждение производится за счет явления остаточного магнетизма.

Автоматическая схема для создания самовозбуждения включает в себя использование:

TH трансформатор напряжения;

Автоматический контроллер возбуждения AVR;

Трансформатор тока CT;

Выпрямительный трансформатор ТН;

Тиристорный преобразователь TP;

Блок защиты BZ.

Особенности асинхронных генераторов

Основное различие между этими конструкциями заключается в отсутствии жесткой зависимости между скоростью вращения ротора (nr) и ЭДС, наведенной в обмотке (n). Между ними всегда есть разница, которая называется “скольжение”. Он обозначается латинской буквой “S” и выражается формулой S=(n-nr)/n.

При подключении нагрузки к генератору возникает тормозной момент, который вращает ротор. Это влияет на частоту генерируемого ЭМП и создает отрицательное скольжение.

Выполнена конструкция ротора для асинхронных генераторов:

Асинхронные генераторы переменного тока могут иметь:

1) независимое возбуждение;

В первом случае используется внешний источник переменного напряжения, а во втором – твердотельные преобразователи или конденсаторы в первичной цепи, вторичной цепи или в обеих.

Таким образом, генераторы переменного тока и генераторы постоянного тока имеют много общих черт в принципах построения, но отличаются в конструкции некоторых компонентов.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ссылкой в своих социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

Генераторы также различаются по типу, которых существует два:

Использование генераторов переменного тока на практике

Такие генераторы используются практически во всех областях человеческой деятельности, где требуется электричество. Принцип работы отличается только способом приведения в движение вала устройства. Таким образом работают гидроэлектростанции, тепловые и даже атомные электростанции.

Эти электростанции подают электроэнергию в общественную сеть через кабели, к которым подключен конечный потребитель – все мы. Однако существует множество мест, которые невозможно обеспечить электроэнергией таким образом, например, транспорт, строительные площадки вдали от линий электропередач, очень удаленные деревни, вахтовые бригады, нефтяные вышки и т.д.

Это означает только одно – вам нужен собственный генератор и двигатель для его питания. Давайте рассмотрим некоторые из небольших, но распространенных устройств в нашей жизни.

Автомобильные генераторы

Кто-то может сразу же сказать: “Что вы имеете в виду, это же генератор постоянного тока!”. Да, это действительно так, но что делает его таким, так это наличие выпрямителя, который делает тот же ток постоянным. Основной принцип тот же – тот же ротор, тот же электромагнит и т.д.

Это устройство работает таким образом, что, независимо от скорости вращения вала, оно генерирует напряжение 12 В, которое подается через регулятор, через который питается обмотка возбуждения. Обмотка возбуждения запускается путем получения тока от автомобильного аккумулятора, ротор устройства приводится в движение автомобильным двигателем через шкив, при этом индуцируется ЭДС.

Для выпрямления трехфазного тока используется несколько диодов.

Вопрос № 4 Стандартная частота переменного тока в России составляет

Использование генератора переменного тока

Генератор переменного тока является компонентом силовой установки. Можно выделить два основных типа генераторов:

Модель: 1500T24 с ATS
Мощность: 1500 кВт
48 999 000 руб.

Модель: HG 357 DL в контейнере с ATS
Мощность: 259 кВт
3 810 458 РУБ.

Модель: AD 20-T400 R
Выходная мощность: 20 кВт
235 000 рублей.

Модель: ADS 20-T400 TP в корпусе
Мощность: 15,6 кВт
2 106 990 руб.

Модель: GE.YA.011/010.BF.
Выходная мощность: 8 кВт
538.201 РУБ.

Модель: LT 3500 CL
Выходная мощность: 2,5 кВт
21 000 РУБ.

Чтобы генератор был надежным и долговечным источником электроэнергии, его следует регулярно осматривать на предмет повреждений и износа. Подробные процедуры обслуживания описаны в руководствах к генераторам и в нашей статье.

Основные части генератора переменного тока, ротор и статор, не требуют замены. К деталям, которые могут подвергаться износу, относятся:

подшипник ротора (его ресурс составляет 40 000 часов);
Щетки (срок службы – 40 000 часов);
Автоматический регулятор напряжения.

Если у вас остались вопросы о генераторах переменного тока или вам нужна помощь в выборе оборудования, напишите нам на [email protected] или позвоните по телефону . Вы также можете оставить заявку в форме обратной связи.

В этой статье объясняется устройство генераторов переменного тока и принцип их работы. Подробно рассматриваются функции основных частей генератора – статора и ротора, а также детали системы управления.

Оставьте свой номер телефона, и наш специалист свяжется с вами в течение 15 минут.

При запуске двигателя ротор начинает вращаться, и одновременно напряжение от аккумулятора подается на обмотку возбуждения генератора. Ротор имеет многополюсный стальной сердечник, который становится электромагнитом при подаче тока на обмотку; следовательно, вращающийся ротор создает переменное магнитное поле. Силовые линии этого поля пересекают статор и располагаются вокруг ротора. Сердечник статора распределяет магнитное поле определенным образом, и его силовые линии пересекают витки рабочих обмоток – в результате электромагнитной индукции возникает ток, который снимается с проводов обмотки и подается на выпрямитель, стабилизатор и бортовую сеть.

Работа статора и всего генератора основана на явлении электромагнитной индукции – возникновении тока в проводнике, движущемся в магнитном поле или покоящемся в переменном магнитном поле. Автомобильные генераторы переменного тока используют второй принцип – проводник, в котором генерируется ток, находится в состоянии покоя, а магнитное поле находится в постоянном движении (вращается).

При запуске двигателя ротор генератора начинает вращаться, и в это же время напряжение от аккумулятора подается на обмотку возбуждения генератора. Ротор имеет многополюсный стальной сердечник, который становится электромагнитом при подаче тока на обмотку, поэтому вращающийся ротор создает переменное магнитное поле. Эти линии поля пересекают статор вокруг ротора. Сердечник статора распределяет магнитное поле определенным образом, и линии его поля пересекают рабочие обмотки – в результате электромагнитной индукции возникает ток, который отводится от выводов обмоток и подается на выпрямитель, стабилизатор и бортовую сеть.

При увеличении частоты вращения двигателя часть рабочего тока с обмотки статора передается на обмотку возбуждения ротора – это переводит генератор в режим самозапуска, и ему больше не требуется внешний источник тока.

Во время работы статор генератора подвергается воздействию высоких температур и электрических нагрузок, а также негативному влиянию окружающей среды. Со временем это может привести к ухудшению изоляции между обмотками и к электрическому сбою. В этом случае статор необходимо отремонтировать или полностью заменить. При регулярном техническом обслуживании и своевременной замене статора генератор будет надежно служить и непрерывно снабжать автомобиль электроэнергией.

Читайте далее: