Alternator: dispozitiv, principiu de funcționare, scop

Curentul electric este principalul tip de energie, făcând o muncă utilă în toate sferele vieții umane. Ea pune în mișcare diferite mecanisme, dă lumină, încălzește casele și animă o serie întreagă de dispozitive care asigură existența noastră confortabilă pe planetă. Cu adevărat, acest tip de energie este universal. Din ea poți obține tot ce-ți place și chiar o distrugere mare cu o gestionare defectuoasă.

Dar a existat o perioadă în care efectele electrice erau încă prezente în natură, dar nu au ajutat persoana. Ce sa schimbat de atunci? Oamenii au început să studieze fenomenele fizice și au inventat mașini interesante - convertoare, care, în general, au făcut un salt revoluționar al civilizației noastre, permițând unei persoane să obțină o energie de la cealaltă.

Deci, oamenii au învățat să producă electricitate din metal obișnuit, magneți și mișcare mecanică - asta e tot. Au fost construite generatoare, capabile să producă fluxuri de putere colosale, calculate în megawați. Dar este interesant faptul că principiul funcționării acestor mașini nu este atât de complicat și poate fi chiar de înțeles chiar și pentru un adolescent. Ce este un generator de curent electric? Să încercăm să înțelegem această întrebare.

Efectul inducției electromagnetice

Baza pentru apariția în conductor a unui curent electric este forța electromotive - EMF. Este capabil să facă particulele încărcate să se miște, care sunt multe în orice metal. Această forță apare numai dacă conductorul suferă o schimbare a intensității câmpului magnetic. Efectul în sine a fost numit inducție electromagnetică. Dacă emf este mai mare, cu atât este mai mare rata de schimbare a fluxului de unde magnetice. Adică puteți deplasa un conductor lângă un magnet permanent sau puteți influența câmpul unui electromagnet printr-un fir fix, schimbându-i puterea, efectul va fi același - în conductor va apărea un curent electric.

Pe această temă, în prima jumătate a secolului XIX, oamenii de știință au lucrat pe Oersted și pe Faraday. Ei au descoperit și acest fenomen fizic. Ulterior, pe baza inducției electromagnetice, au fost create generatoare de curent și motoare electrice. Interesant este ca aceste masini pot fi usor convertite intre ele.

Cum funcționează generatoarele DC și AC?

Este clar că generatorul de curent electric este o mașină electromecanică care generează un curent. Dar, de fapt, este un convertor al energiei: vânt, apă, căldură, orice în EMF, care produce deja un curent în conductor. Dispozitivul oricărui generator nu se deosebește în nici un fel de un circuit închis care se rotește între polii unui magnet, ca și în primele experimente ale oamenilor de știință. Numai mult mai mult este magnitudinea fluxului magnetic produs de puternici magneți permanenți sau mai des electrici. Conturul închis are forma unei înfășurări multiple, care în generatorul modern nu este una, ci cel puțin trei. Toate acestea se fac pentru a obține cât mai mult EMF.

Generatorul alternativ electric standard (sau permanent) constă din:

• carcasă. Efectuează funcția cadrului, în interiorul căruia este fixat statorul cu polii electromagnetului. A fost instalat rulmenți antifricțiune a arborelui rotorului. Este fabricat din metal, protejează de asemenea întregul umplutură interioară a mașinii.
• Stator cu stalpi magnetici. Pe el este fixată înfășurarea excitației fluxului magnetic. Este fabricat din oțel feromagnetic.
• Rotor sau armătură. Este o parte mobilă a generatorului, a cărui arbore generează o forță străină în mișcarea de rotație. Pe miezul armăturii se află o înfășurare a auto-excitației, unde se formează un curent electric.
• Noduri de comutație. Acest element structural servește la devierea energiei electrice de la arborele mobil al rotorului. Acesta include inele conductive care sunt conectate mobil la colectoarele de curent de grafit.

Crearea unui curent direct

Într-un generator care produce un curent direct, circuitul de conducție se rotește într-un spațiu de saturație magnetică. Și pentru un anumit moment de rotație, fiecare jumătate din contur este aproape de unul sau altul. Încărcarea în conductă pentru această jumătate de viraj se mișcă într-o singură direcție.

Pentru a obține îndepărtarea particulelor, se face un mecanism de eliminare a energiei. Caracteristica sa este că fiecare jumătate din bobină (rama) este conectată la o jumătate de dirijă conductivă. Semialele nu sunt închise unul cu celălalt, dar sunt fixate pe un material dielectric. În timpul perioadei în care o parte a înfășurării începe să treacă printr-un anumit pol, semicercul este închis în circuitul electric prin grupuri de contact cu perii. Se pare că pe fiecare terminal există doar un singur potențial.

Este mai corect să numim energie nu constantă, ci pulsantă, cu polaritate constantă. Pulsarea este cauzată de faptul că fluxul magnetic la conductor în timpul rotației are atât un efect maxim, cât și un efect minim. Pentru a alinia această buclă, sunt utilizate mai multe înfășurări pe rotor și condensatoare puternice la intrarea circuitului. Pentru a reduce pierderea fluxului magnetic, distanța dintre armătură și stator este minimizată.

Alternator circuit

Când se deplasează partea mobilă a dispozitivului de generare curent, EMF este, de asemenea, indus în conductorii ramei, ca și în generatorul de curent continuu. Dar o caracteristică mică - generatorul unui dispozitiv de curent alternativ al unui nod colector are altul. În el, fiecare știft este conectat la inelul său conductiv.

Principiul alternatorului este după cum urmează: atunci când jumătate din bobină trece lângă un pol (celălalt, respectiv lângă polul opus), curentul curge într-o direcție de la valoarea minimă la cea mai mare și din nou la zero. De îndată ce înfășurările își schimbă poziția față de poli, curentul începe să se miște în direcția opusă cu aceeași regularitate.

La intrarea circuitului, se obține o formă de undă sub formă de sinusoid cu o frecvență de jumătate de undă corespunzătoare perioadei de rotație a arborelui rotorului. Pentru a obține un semnal stabil la ieșire, unde frecvența alternatorului este constantă, perioada de rotație a piesei mecanice trebuie să rămână neschimbată.

Generatoare magnetice tipul de gaz

Construcțiile generatoarelor curente, în care o plasmă conductoare, lichid sau gaz este folosită în locul unui cadru metalic ca un suport de încărcare, se numesc generatoare MHD. Substanțele sub presiune sunt conduse într-un câmp de tensiune magnetică. Sub influența aceleiași inducții EMF, particulele încărcate dobândesc mișcare direcțională, creând un curent electric. Mărimea curentului este direct proporțională cu viteza de trecere prin fluxul magnetic, precum și cu puterea sa.

Generatoarele MHD au o soluție constructivă mai simplă - nu dispun de un mecanism de rotire a rotorului. Astfel de surse de alimentare sunt capabile să furnizeze cantități mari de energie în perioade scurte de timp. Ele sunt folosite ca dispozitive de rezervă și în situații de urgență. Coeficientul care determină efectul util (eficiența) acestor mașini este mai mare decât cel al unui alternator electric.

Generator sincron de curent alternativ

Există astfel de tipuri de alternatoare:

• Mașinile sunt sincrone.
• Mașini asincronice.

Alternatorul sincron are o relație fizică strictă între mișcarea rotativă a rotorului și generate de frecvență electricitate. În astfel de sisteme, rotorul este un electromagnet asamblat din miezuri, poli și înfășurări incitante. Acestea din urmă sunt alimentate de o sursă de curent direct prin perii și contacte cu inel. Statorul este o bobină de sârmă, conectată printr-un principiu de stea cu un punct comun - zero. Ei au indus deja CEM și au produs un curent.

Arborele rotorului este condus de o forță străină, de obicei turbine, a căror frecvență de mișcare este sincronizată și constantă. Circuitul electric conectat la acest generator este un circuit trifazat, frecvența curentului într-o linie separată este deplasată printr-o fază de 120 de grade față de alte linii. Pentru a obține sinusoidul corect, direcția fluxului magnetic din lumenul dintre stator și părțile rotorului este reglată de structura acestuia.

Excitarea unui generator de curent alternativ se realizează prin două metode:

1. Contact.
2. Contactless.

În circuitul de excitație a contactului, energia electrică de la un alt generator este alimentată pe bobinele electromagnetului printr-o pereche de perii. Acest generator poate fi combinat cu axul principal. Aceasta, de regulă, are mai puțină putere, dar suficientă pentru a crea un câmp magnetic puternic.

Principiul non-contact prevede că alternatorul sincron pe arbore are înfășurări suplimentare trifazate în care EMF este indus să se rotească și electricitatea este generată. Acesta este alimentat prin circuitul de rectificare la bobinele de excitație ale rotorului. Din punct de vedere structural, în acest sistem nu există contacte mobile, ceea ce simplifică sistemul, făcându-l mai fiabil.

Generator asincron

Există un alternator asincron. Dispozitivul diferă de cel sincron. Nu există o dependență exactă a EMF de frecvența cu care arborele rotorului se rotește. Există un astfel de lucru ca "alunecarea S", care caracterizează această diferență de influență. Amplitudinea alunecării este determinată de calcul, deci este greșit să credem că nu există o regularitate în procesul electromecanic în motorul asincron.

Dacă generatorul este încărcat în gol, curentul care curge în bobine va crea un flux magnetic care împiedică rotorul să se rotească la o anumită frecvență. Aceasta reprezintă o alunecare, care, firește, afectează producția de EMF.

Alternatorul asincron modern al unei părți mobile are trei modele diferite:

1. Rotor rotativ.
2. Rotorul scurt-circuitat.
3. Fază rotor.

Astfel de mașini pot avea o excitație auto-și independentă. Prima schemă este realizată datorită includerii condensatoarelor și convertoarelor semiconductoare în bobină. Excitarea unui tip independent este creată de o sursă suplimentară de curent alternativ.

Schemele de comutare a generatoarelor

Toate sursele de alimentare puternice ale liniilor electrice produc un curent electric trifazat. Acestea conțin trei înfășurări în care se formează curenți alternativi cu o fază deplasată una cu alta cu o treime dintr-o perioadă. Dacă luăm în considerare fiecare înfășurare individuală a unei astfel de surse de alimentare, vom obține un curent alternativ monofazat. Tensiunea de zeci de mii de volți poate produce un generator. 220 V consumatorul primește de la transformatorul de distribuție.

Orice alternator este un dispozitiv standard de înfășurare, dar conectarea la sarcină este de două tipuri:

• o stea;
• triunghi.

Principiul de funcționare a unui alternator alimentat de o stea implică unificarea tuturor firelor (zero) într-una, care se deplasează din sarcină înapoi la generator. Acest lucru se datorează faptului că semnalul (curentul electric) este transmis în principal prin conducta de înfășurare a ieșirii (liniar), care se numește fază. În practică, este foarte convenabil, deoarece nu aveți nevoie să trageți trei fire suplimentare pentru a conecta consumatorul. Tensiunea dintre firele liniei și firele de linie și neutru va fi diferită.

Prin conectarea înfășurărilor generatorului cu un triunghi, acestea sunt conectate una la cealaltă consecutiv într-un circuit. Din punctele de conectare, liniile sunt atrase de consumatori. Atunci nu e nevoie zero sârmă, iar tensiunea pe fiecare linie va fi aceeași indiferent de sarcină.

Avantajul curentului trifazat înaintea curentului monofazat este diminuarea acestuia în timpul rectificării. Acest lucru are un efect pozitiv asupra surselor de alimentare, în special a motoarelor de curent continuu. De asemenea, curentul trifazat generează un flux rotativ de câmp magnetic, capabil să conducă motoare asincrone puternice.

Unde este cazul generatoare de curent alternativ și curent alternativ

Generatoarele de curent continuu au o dimensiune și o greutate mai mică decât mașinile de curent alternativ. Având un design mai complex decât cel din urmă, acestea sunt încă folosite în multe industrii.

Distribuția principală pe care au primit-o ca transmisii de mare viteză în mașini în care este necesară controlul vitezei, de exemplu, în mașini de prelucrare a metalelor, în mașini de ridicat, laminoare. În transport, astfel de generatoare sunt instalate pe locomotive diesel, diverse vase. Multe modele de generatoare eoliene sunt asamblate pe baza surselor de tensiune constantă.

Generatoarele de curent continuu cu destinație specială sunt utilizate în sudarea, pentru excitarea înfășurărilor generatoarelor de tip sincron, ca amplificatoare de curent continuu, pentru alimentarea instalațiilor galvanice și de electroliză.

Scopul alternatorului este de a genera energie electrică la scară industrială. Acest tip de energie a dat omenirii Nikola Tesla. De ce este folosit pe scară largă curentul de inversare a polarității, mai degrabă decât cel permanent? Acest lucru se datorează faptului că atunci când tensiunea DC este transmisă, există pierderi mari în fire. Cu cât firul este mai lung, cu atât pierderile sunt mai mari. Tensiunea variabilă poate fi transportată pe distanțe uriașe la costuri mult mai mici. Mai mult, este ușor să convertiți o tensiune alternativă (coborâre și ridicare), pe care generatorul generează 220 V.

concluzie

Omul nu cunoștea pe deplin natura magnetismului, care pătrunde în totul. Și energia electrică este doar o mică parte din secretele deschise ale universului. Mașinile pe care le numim generatoare de energie sunt în esență foarte simple, dar ceea ce ne pot oferi este uimitor. Cu toate acestea, adevăratul miracol aici nu este în tehnologie, ci în gândul unui om care ar putea pătrunde în rezervorul inepuizabil de idei vărsate în spațiu!