Основные понятия
Для выработки тока электрического используют специальные устройства – генераторы. Аппарат состоит из мотора и энергетического преобразователя, установленных в корпусе или на открытой рамке. Альтернатор – одна из главных частей источника, преображающая механическое движение вала в электроэнергию. В составе механизма есть статичные и подвижные детали (статор, ротор).
Генератор электрического тока Источник chelyabinsk.mototech.ru
Чтобы активировать электродвижущую силу на изоляции неподвижной детали, создают поле магнитное. Во всех видах оборудования этого типа применяют вращающийся намагниченный ротор. По конструктивным различиям альтернаторы делят на 2 вида:
- Синхронный. В щеточной технике есть намотка на подвижной части.
- Асинхронный. У намагниченной детали нет изоляции. Остаточное поле передается по бесконтактному принципу, поэтому в оборудовании нет щеток.
По строению первый вид альтернаторов получается более сложным, чем второй. В синхронном есть обмотки и электрощетки (угольные, медно-графитовые), что сказывается на стоимости. Такие варианты служат долго и редко кардинально ломаются. Элементарный по строению асинхронный не содержит много деталей, поэтому по цене выходит дешевле.
Обмотку генератора делают из металла. Если нужна техника для постоянной и активной эксплуатации при частых перегрузках, то отдают предпочтение долговечной меди. У алюминиевых моделей есть ограничения по максимальной нагрузке, поэтому быстро выйдут из строя.
Различия в обмотках Источник mototech.ru
Синхронный и асинхронный генератор
Электричество есть везде. Уже настал тот день, когда с этим сложно спорить. Даже там, куда не дотянулась централизованная электросеть, вовсю используются дизельные и бензиновые генераторы, которые получили широкое распространение не так давно, несмотря на почти двухсотлетнюю историю. Сегодня ассортимент генераторов очень велик, и существует множество способов их классификации, один из которых – классификация по степени синхронизации.
Применительно к электрогенераторам, синхронизация – это совмещение частоты вращения ротора и магнитного поля статора. Соответственно, если частота их вращения совпадает, такой генератор будет называться синхронным, а если нет, то асинхронным.
Синхронный генератор
Как известно, в дизельном или бензиновом генераторе электрический ток образуется после прохождения вращающегося магнитного поля через обмотку. При этом в синхронном электрогенераторе ротор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. После запуска генератора он создаёт вокруг себя слабое магнитное поле, которое с увеличением оборотов становится сильнее. В конце концов, число оборотов ротора и магнитного поля синхронизируются, что позволяет получить на выходе наиболее стабильный ток.
В отличие от асинхронного генератора, синхронный агрегат уязвим при перегрузках, поскольку превышение допустимой нагрузки может вызвать сильный скачок напряжения в обмотке ротора. С другой стороны, важным преимуществом синхронного генератора является его способность кратковременно выдавать ток мощностью в 3-4 раза выше номинального, что позволяет подключать к нему такие устройства, как насосы, компрессоры, холодильники и т.д. Иными словами, он предназначен для электроприборов с высокими стартовыми токами. Несмотря на свою уязвимость, стоимость синхронных генераторов выше, чем асинхронных устройств.
Асинхронный генератор
Асинхронный генератор работает в режиме торможения: ротор вращается в одном направлении со статором, но скорость его вращения изначально выше. При этом частота вращения магнитного поля всегда остаётся неизменной, а регулированию поддаётся лишь скорость вращения ротора. Такие генераторы малоуязвимы при коротком замыкании и хорошо защищены от внешних воздействий (пыли, низкой температуры, влаги и т.д.).
Синхронная конструкция
Синхронным называют генератор (альтернатор), у которого частота вращения ротора совпадает с показаниями движения поля магнитного. При автономной работе оборудование тока переменного способно выдержать любую нагрузку. Техника отлично функционирует в условиях без централизованных магистралей.
Принцип работы
Синхронный альтернатор работает по принципу электромагнитной индукции. При холостом движении катушка статора разомкнута, а энергия формируется в роторной обмотке. Подвижные части вращаются от мотора. Во время процесса внутри образуется постоянная частота, а магнитное поле переносится через детали и создают электродвижущую силу.
Для образования полей внутри конструкции нужна обмотка. Элемент позволяет надежно изолировать друг от друга металлические пластины. Если в синхронном альтернаторе якорь привести в движение вращением, то поток энергии переходит через статорные катушки.
Принцип работы оборудования Источник en.ppt-online.org
Щеточные конструкции работают в режиме двигателя или для генерации электричества. В моделях, функционирующих при высоких нагрузках, дополнительно используют системы охлаждения. В вал устанавливают «крылья», которые с двух сторон обдувают ротор и снижают температуру подвижного элемента. Чем сильнее поток кислорода, тем лучше проходит процедура.
Особенности конструкции
Синхронный альтернатор по строению является типичным представителем генераторов. В пазах статора щеточной машины расположили одно-, двух- или трехфазную обмотку. От бесщеточного вида модель отличается ротором, который по функциям является электрическим магнитом. В конструкции присутствуют полюсы (от 2 и более).
У быстроходных генераторов количество полюсных пар равно 1. Чтобы получить ток, синхронный альтернатор надо вращать с определенной частотой. Производители создают конструкции, внутри которых присутствуют полупроводниковые трехфазные элементы. Для образования энергии применяют метод выпрямления токов переменных.
Технические особенности вида Источник smolgelios.ru
Система возбуждения генераторов представляет собой оборудование, созданное для производства тока. Регуляторы используют для управления электричеством. По типу действия выделяют 2 группы:
- Пропорционального. При отклонении одного параметра равномерно трансформируют ток возбуждения.
- Сильного. Изменения происходят при расхождении нескольких показателей.
Структуры возбуждения в синхронном альтернаторе обеспечивают безопасное функционирование и торможение оборудования на холостом ходу. Техника работает по заданной программе с учетом нагрузок. При отклонении параметров устройство подстраивается под изменения (напряжения, скорости).
Генератор постоянного тока Источник arsvest.ru
Виды оборудования
По техническим особенностям синхронные альтернаторы делят на 4 группы. В турбогенераторах энергия возникает при движении специальных элементов. Скорость у моделей часто достигает 6000 об/мин. Гидроконструкции за счет отсутствия полюсов работают на малых оборотах.
Виды щеточных альтернаторов Источник en.ppt-online.org
Генераторы переменного тока на транспорте
Автомобильный генератор переменного тока. Приводной ремень снят.
Трёхфазные генераторы переменного тока с встроенным полупроводниковым мостовым трёхфазным выпрямителем используются на современных автомобилях для зарядки автомобильного аккумулятора, а также для питания электропотребителей, таких как система зажигания, автомобильная светотехника, бортовой компьютер, система диагностики и других. Постоянство напряжения в бортовой сети поддерживается специализированным регулятором напряжения.
Применение автомобильных генераторов переменного тока позволяет уменьшить габаритные размеры, вес генератора, повысить его надёжность, сохранив или даже увеличив его мощность по сравнению с генераторами постоянного тока[2].
Например, генератор постоянного тока Г-12 (автомобиль ГАЗ-69) весит 11 кг, номинальный ток 20 ампер, а генератор переменного тока Г-250П2 (автомобиль УАЗ-469) при массе 5,2 кг выдаёт номинальный ток 28 ампер.
Генераторы переменного тока применяются в гибридных автомобилях, позволяющих совмещать тягу двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Это позволяет избежать работы ДВС в режиме малых нагрузок, а также реализовывать рекуперацию кинетической энергии, что повышает топливную эффективность силовой установки.
На тепловозах, таких как ТЭ109, ТЭ114, ТЭ129, ТЭМ7, ТЭМ9, ТЭРА1, ТЭП150, 2ТЭ25К применяется электрическая передача переменно-постоянного тока, устанавливаются синхронные трёхфазные тяговые генераторы. Тяговые электродвигатели постоянного тока, вырабатываемая генератором электроэнергия выпрямляется полупроводниковой выпрямительной установкой. Замена генератора постоянного тока на генератор переменного тока позволила снизить массу электрооборудования, резерв может быть использован для установки более мощного дизельного двигателя. Однако тяговый генератор переменного тока не может использоваться как стартер для двигателя внутреннего сгорания, запуск производится генератором постоянного тока для цепей управления.
На опытном тепловозе 2ТЭ137, новых российских локомотивах 2ТЭ25А, ТЭМ21 применяется электрическая передача переменно-переменного тока, с асинхронными тяговыми электродвигателями.
Асинхронное оборудование
Конструкции, работающие от непостоянного тока, называют асинхронными. Бесщеточный альтернатор можно использовать как в качестве генератора, так и в роли мотора. Функциональный аппарат быстро переходит из режима двигателя к графику источника бесперебойной энергии.
Технические особенности
У асинхронного альтернатора медленнее, чем у синхронного, вертится статорное поле. Чтобы изменить функцию мотора на генератор, стоит увеличить движущуюся скорость ротора. Вращающийся элемент перестает следовать за магнитным полем и меняет направление.
Процесс возникает при подключении группы конденсаторов к сети. Детали начинают заряжаться, накапливают энергию электрополей. У фазы есть заряд, противоположный полюсу источника. Ротор замедляется, что приводит к производству тока.
Характеристики техники Источник bijlibachao.com
Асинхронные конструкции потребляют мощность, которая нужна для формирования магнитного поля. В двигатель поступает электрическая энергия, а на выходе получают механическую. Быстрота перехода из одного режима в другой зависит от особенностей вращения или торможения.
За счет отсутствия щеток модели называют бесщеточными. Ротор асинхронного альтернатора делают в форме «беличьего колеса». Сооружение в виде решетки цельной тормозит детали, создавая эффект скольжения. При механическом импульсе за счет остатков излучения в элементах возникают поля, которые динамически взаимодействуют.
Типы генераторов
Асинхронные альтернаторы различают по рабочим параметрам. У конструкций роторы бывают фазные или короткозамкнутые. Из-за сложного строения у первого вида дорогое обслуживание. У второго подвижные детали в форме цилиндра состоят из палочек и колец, немного напоминает колесо белки.
Конструкция альтернатора Источник dthy6505696.en.made-in-china.com
Трансформация трёхфазного генератора в однофазный
Довольно часто практическое использование маломощного 3-фазного генератора для электропитания большого количества однофазных потребителей связано с неудобствами. Например, при мощности станции в 30 кВт каждая фаза рассчитана соответственно на 10 кВт. Если к какой-либо фазе подключить нагрузку, превышающую этот показатель, то сработает защитная автоматика, и генератор отключится.
Применение однофазных генераторных агрегатов позволяет при включении потребителей не рассчитывать каждый раз их распределение и мощность. 1-фазный генератор можно получить путём несложной трансформации 3-х фазного. Для этого нужно лишь переключить определённым образом обмоточные провода статора и заменить ряд компонентов на отводном электрощите. Нижеследующие рисунки отлично иллюстрируют процесс переделки 3-фазного генератора в 1-фазный. Рассмотрим их подробнее.
В процессе генерации на выходе 3-фазного альтернатора возникает напряжение, снимаемое с 6 сегментов обмоток, которые соединяются взаимно в виде «звезды» (см. рис.).
Прямоугольники – это отдельные обмотки напряжением 110 В. Если соединить их так, как показано на следующем рисунке, то 3-фазный альтернатор станет 1-фазным.
Параллельное соединение обмоток позволяет вдвое увеличить фазный ток. Максимальное значение мощности 3-фазного альтернатора при силе тока на одной обмотке в I А подсчитывается по формуле 3(фазы)×220 В×I А. Наибольшая же мощность 1-фазной модификации будет составлять уже 220 В×2I (А). Следует учитывать, что при трансформации 3-фазного альтернатора в 1-фазный его активная мощность (кВА) ограничивается диаметром обмоточных проводов и составляет 2/3 от суммарной мощности по паспорту устройства до переделки. При этом трансформация электрической части генераторного агрегата не влияет на мощность его механического узла – двигателя. Она остаётся неизменной.
Какой лучше взять
Сталкиваясь с задачей какой альтернатор выбрать (синхронный или асинхронный), пользователи должны отталкиваться от требований, которые предъявляют технике. Бесщеточные модели – источник реактивной энергии, не боящийся перегрузок от пусков электрического оборудования. В составе есть автоматический регулятор, ограждающий от непредвиденных изменений.
Бесщеточные конструкции сами являются потребителем электричества, поэтому зависит от характеристик и качества тока. Аппаратам опасно работать при пусковой нагрузке. В профессиональном оборудовании для стабилизации величины тока в составе предусматривают конденсаторы.
Как правильно выбрать Источник ladistributionltd.com
Если нужно защитить технику от скачков энергии, то выбирают синхронные альтернаторы. У оборудования высокие требования к стабильности напряжения, что предупредит возможные проблемы. Аппараты подходят при частых перегрузках в режиме переходном, который происходит при подключении электрических пользователей (техники). Генератор защитит все подсоединенные приемники.
Асинхронный альтернатор применяют для эксплуатации оборудования, у которого нет высоких требований к качеству тока. Устройство отлично работает в запыленных местах, а мелкий сор или влага не выведет аппарат из строя. Модель подойдет в случаях, когда нет возможности купить дорогой щеточный вариант или отсутствует квалифицированное обслуживание. Техника с дополнительными пусковыми конденсаторами способна выдержать перегрузки при переходном режиме.
Если надо выбрать альтернатор для дома, то лучше отдать предпочтение синхронной модели. Щеточное оборудование с функцией AVR (стабилизация напряжения) подойдет для ПК и бытовой техники. Генератор оградит чувствительные устройства от скачков энергии и выхода из строя. Аппарат подойдет для:
- офисов;
- медицинских клиник;
- исследовательских лабораторий.
Если нужен аппарат для строительства, тогда отдают асинхронной модели. Бесщеточные генераторы отлично функционируют на свежем воздухе, на улице. Конструкция не боится пыли в производственном цехе. Из-за устойчивости к замыканиям оборудование не ломается при сварке, а компактность добавляет агрегату мобильности (легко переносить).
При выборе мощности складывают сумму всех подключенных потребителей. Чтобы не было непредвиденных ситуаций, модели берут с запасом пропускной способности. Генератор обязательно проверяют во включенном режиме. При работе измерительные приборы всегда стабильные, а выхлопы звучат ровно, без рывков.
Как выбирают генератор Источник sogaenergyteam.com
Перед выбором оборудования обращают внимание на тип топлива. Показатель влияет на стоимость аппарата и последующего технического обслуживания. Если генератор планируют эксплуатировать периодически или при минусовых температурах, то отдают предпочтение дешевому бензиновому. При круглосуточной работе в частном доме или офисе лучше взять дизельный. Разовая переплата позволит сэкономить средства по сервису электростанции.
