Vahelduvvoolugeneraatorite ehitus ja tööpõhimõte

Elektrivoolugeneraator on seade, mis on ette nähtud mitteelektriliste energialiikide (keemiline, mehaaniline, termiline) muundamiseks elektrienergiaks. Lisaks põhineb selle disain elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel.

Lihtsaima vahelduvvoolugeneraatori tööpõhimõte ja konstruktsioon

Elektromagnetiline induktsioon on nähtus, mille avastas 1831. aastal inglise füüsik Michael Faraday (1791-1867), kes avastas, et kui ajas muutuv magnetvoog läbib suletud juhtivat ahelat, tekib viimases elektrivool. See põhimõte on iga generaatori aluseks.

Praktikas rakendatakse elektromagnetilise induktsiooni põhimõtet järgmiselt: suletud raamis (rootoris) tekib elektrivool, kui seda läbib pöörlev magnetväli, mis moodustub olenevalt generaatori eesmärgist ja konstruktsioonist püsimagnetite või spetsiaalsete ergutusmähised.Kui raam pöörleb, muutub magnetvoo suurus. Mida kiiremini see pöörleb, seda suurem on väljundpinge.

1827. aastal avastas selle efekti ja kasutas elektrivoolu generaatori originaalmudeli loomiseks Ungari füüsik Anjos Istvan Jedlik (1800-1895). Kuid uskudes, et see on teada, ei patenteerinud teadlane oma avastust ja teatas esimese dünamo loomisest alles 1850. aastal.

Elektrivoolu ärajuhtimiseks on raam varustatud voolukollektoriga, mis muudab selle suletud ahelaks ja tagab pöörleva raami pideva kontakti generaatori statsionaarsete elementidega. Vedruga harjad surutakse vastu kommutaatori rõngaid ja seega liigub elektrivool generaatori väljundklemmidele.

Pöörates liiguvad raami pooled järjestikku magneti pooluste lähedalt. Sel juhul toimub tekkiva voolu liikumissuuna tsükliline muutus - igal poolusel liigub vool ühes suunas.

Olenevalt kollektori konstruktsioonist võib generaator toota nii alalis- kui ka vahelduvvoolu.

• Alalisvoolugeneraatorites on kollektoriüksuse mähise iga poole jaoks üksteisest eraldatud poolrõngad. Tänu sellele, et need poolrõngad vahetavad pidevalt harju, ei muuda vool oma suunda, vaid lihtsalt pulseerib.
• Vahelduvvoolugeneraatorites seotakse raami otsad libisemisrõngaste külge ja kogu see konstruktsioon pöörleb ümber oma telje. Kui raam pöörleb, tagavad harjad, millest igaüks sobib tihedalt oma rõnga külge, usaldusväärse voolu äravoolu.Sel juhul ei toimu pintslite asendis tsüklilist muutust.

Generaatori pöörlevat osa nimetatakse rootoriks ja statsionaarset osa nimetatakse staatoriks.

Vahelduv- ja alalisvoolu elektrigeneraatorite tööpõhimõte on identne. Need erinevad üksteisest pöörleval rootoril asuvate libisemisrõngaste konstruktsiooni ja mähiste konfiguratsiooni poolest.

Vahelduvvoolugeneraatorites kasutatakse sageli originaalset tehnilist lahendust, mis põhineb asjaolul, et EMF ei teki juhis mitte ainult siis, kui see pöörleb magnetväljas, vaid ka siis, kui magnetväli ise pöörleb statsionaarse juhi suhtes.

Seda efekti kasutavad laialdaselt disainerid, kes asetavad pöörlevale rootorile elektri- või püsimagneteid. Sel juhul eemaldatakse püsivalt paigaldatud mähisest pinge, mis võimaldab vabaneda voolu koguvate seadmete keerukatest konstruktsioonidest.

Vahelduvvoolu generaatorid

Toodetakse tohutul hulgal erinevaid vahelduvvoolu elektrigeneraatoreid. Neid saab klassifitseerida järgmiste parameetrite järgi:

• disain;
• erutuse meetod;
• faaside arv.

Sõltuvalt ergastusmeetodist võib tarbija kohata järgmisi ühikuid:

• sõltumatu ergastusega – ergutusmähis toidetakse sõltumatust toiteallikast alalisvooluga;
• iseergastusega - generaatori enda alaldatud vool juhitakse ergutusmähisesse;
• püsimagnetitest ergastusega – ergutusmähis puudub;
• erguti ergastusega - väikese võimsusega alalisvoolugeneraator, mis “istub” hooldatava generaatoriga samal võllil.

Vastavalt faaside arvule on elektrigeneraatorid:

• üksik faas;
• kahefaasiline;
• kolmefaasiline.

Praktikas leidub kõige sagedamini kolmefaasilisi vahelduvvoolu generaatoreid. Selle põhjuseks on mitmed seda tüüpi üksustele iseloomulikud eelised:

• majandusliku efekti saamine jõuülekande kaugsüsteemide arendamisel - trafoseadmete ja toitejuhtmete materjalikulu vähendamine; Seda soodustab ringikujulise magnetvälja olemasolu;
• pikenenud tööiga, mis tagab süsteemi tasakaalu;
• lineaar- ja faasipinge samaaegne kasutamine.

Struktuuriliselt on kolmefaasilisel elektrigeneraatoril kolm sõltumatut mähist, mis paiknevad staatoris ringikujuliselt, nihkega üksteise suhtes 120°. Pealegi on iga mähis ühefaasiline generaator, mis on võimeline andma tarbijale R vahelduvpinget. Sellist üksikut mähist nimetatakse "faasiks". Faasimähiseid saab omavahel ühendada “kolmnurga” või “tähe” kujul.

On ka teisi mähiste ühendusskeeme, näiteks kuue juhtmega "Tesla" süsteem või "Slavyanka" ühendus (kuue mähise kombinatsioon ühe "tähe" ja ühe "kolmnurga" kujul), kuid need pole laialt levinud. kasutatud.

Raami rolli vahelduvvoolu tekitavates seadmetes täidab elektromagnet, mis pöörlemisel nihutab mähistes indutseeritud vahelduvaid emfisid üksteise suhtes kolmandiku võrra tsükli võrra.

Paljude vahelduvvoolugeneraatorite hulgas on nende konstruktsiooni kaks peamist tüüpi: sünkroonne ja asünkroonne. Arvestades mikroprotsessorite poolt juhitavate keeruliste elektroonikaseadmete suurt hulka, on hiljuti ilmunud uut tüüpi elektrigeneraatorid - inverter.

Sünkroonsed elektrigeneraatorid

Sünkroonse vahelduvvoolu generaator koosneb kahest osast - liikuvast rootorist ja statsionaarsest staatorist.

Kui rootor, mis on südamiku ja ergutusmähisega elektromagnet, mis on harjamehhanismi abil ühendatud välise toiteallikaga, pöörleb, indutseeritakse staatori mähises emf, mis antakse generaatori väljundklemmidele. See disain välistab vajaduse kasutada libisevaid kontakte, mis lihtsustab oluliselt seadme disaini. Algselt ergastatakse magnetvoogu ühisele võllile paigaldatud kolmanda osapoole ergutist, mis on haakeseadise abil süsteemiga ühendatud.

Väikese võimsusega sünkroonsetes elektrigeneraatorites töötab ergutusmähis alaldatud vooluga. Sel juhul moodustub elektriahel koormusahelasse kuuluvate trafode aktiveerimise tõttu. Seal on kaasas ka pooljuhtalaldi. Peamine elektriahel sisaldab:

• ergastusmähis;
• reguleeriv reostaat.

Sünkroongeneraatori peamine omadus on see, et genereeritava elektrivoolu sagedus on võrdeline rootori kiirusega.

Asünkroonsed elektrigeneraatorid

Asünkroonne vahelduvvoolugeneraator erineb sünkroonsest selle poolest, et rootori kiiruste ja indutseeritud EMF vahel puudub range seos. Nende parameetrite erinevust nimetatakse "libisemiseks". Asünkroonse generaatori rootori ja staatori vahel on õhupilu. Sel juhul mõjutab genereeritud EMF-i sagedust pidurdusmoment, mis tekib koormuse ühendamisel ja takistab rootori pöörlemist. Seetõttu toodetakse asünkroonsetes elektrigeneraatorites elektrit rootori suurendatud kiirusel.

Asünkroonsete generaatorite disain on lihtne, kuid sellel on sünkroonseadmetega võrreldes halvemad tehnilised omadused - sagedusviga võib ulatuda 4% -ni ja pingeviga ulatuda 10% -ni. Lisaks on asünkroonsed elektrigeneraatorid käivitusvoolu suuruse jaoks kriitilised. Seetõttu on soovitatav neid kasutada koos stabilisaatoritega ja mõnel juhul, näiteks elektrimootori sujuvaks käivitamiseks, võib vaja minna sagedusmuundurit.

Inverteri generaatorid

Inverter elektrigeneraator on tavaline asünkroonne generaator, mille väljundisse on paigaldatud täiendav väljundparameetrite stabilisaator.

See toimib järgmiselt: asünkroonse generaatori tekitatud pinge siseneb inverterisse, kus see esmalt alaldatakse ning seejärel moodustuvad saadud alalispingest etteantud sageduse ja töötsükliga impulsid. Seadme väljundis muundatakse need impulsid peaaegu ideaalsete tehniliste omadustega siinuspingeks.

Vahelduvvoolugeneraatorite ajam

Kodutingimustes käitavad generaatori rootorit sisepõlemismootorid (ICE), mis töötavad sellistel kütustel nagu bensiin või diislikütus. Samal ajal on kahetaktiliste sisepõlemismootoritega varustatud bensiinigeneraatorite tööiga umbes 500 tundi aastas (mitte rohkem kui 4 tundi päevas); neljataktilised sisepõlemismootorid jõuavad 5000 tunnini aastas.

Lühikeste voolukatkestuste ajal ja/või õues käimiseks on soovitatav kasutada bensiinimootoriga elektrigeneraatoreid.

Diislikütusel töötavad generaatorid on võimsamad ja palju vastupidavamad kui bensiinimootorid. Nende hulgas on õhk- ja vedelikjahutusega mudeleid. Õhkjahutusega seadmeid soovitatakse kasutada kohtades, kus elekter katkeb sageli ja pikaks ajaks.

Selliste majapidamisseadmete kasutamine on äärmiselt lihtne - peate lihtsalt täitma paagi kütusega, keerama mootori käivitamiseks võtit ja ühendama koorma. Nende juhtpaneel on varustatud kõigi vajalike ja intuitiivsete siltide ja sümbolitega.

Vedeljahutusega diiselelektrigeneraatorid on täiesti erineva kategooria seadmed. Need on võimelised töötama päevi ja neid kasutatakse peamiselt ettevõtetes varutoiteallikana.

Tööstuslikud generaatorid, mis on ette nähtud vahelduvvoolu genereerimiseks ja tarbijate varustamiseks pikkade vahemaade tagant kõrgepingeliinide (elektriliinide) abil, töötavad hüdro- või auruturbiinide aktiveerimisega. Sellistes seadmetes on rootori mehhanism ühendatud otse turbiini rattaga.

Turbiinelektrigeneraatoreid iseloomustab suur võimsus (kuni 100 000 kW) ja need on võimelised genereerima vahelduvvoolu pingega kuni 16 kV. Pealegi võib nende rootori pikkus ja läbimõõt ulatuda vastavalt 6,5 ja 15 meetrini ning viimase pöörlemiskiirus jääb vahemikku 1500...3000 p/min. Sellised sõlmed paigaldatakse eraldi ruumidesse spetsiaalselt ettevalmistatud betoonvundamentidele.

Kodumajapidamises kasutatavate elektrigeneraatorite võimalused ja võimalused

Kasutamise hõlbustamiseks varustavad tootjad oma tooteid mitmete kasulike võimalustega, sealhulgas:

• seade seadme automaatseks käivitamiseks elektrikatkestuse korral;
• sisseehitatud RCD olemasolu, mis eraldab seadme toiteallikast isolatsiooni purunemise ja lekkevoolu ilmnemise korral;
• parameetrite jälgimine ja kuvamine ekraanil;
• ülekoormuskaitse.

Kui ühendate elektrigeneraatoriga koormuse, mille väärtus on alla nimiväärtuse, hakkab seade "sööma" osa vedelkütusest asjata, ilma oma võimalusi täielikult kasutamata.

Tarnekomplekti ei oleks üleliigne lisada spetsiaalne mürasummutav korpus, suurendatud mahuga kütusepaak, korpus, mis kaitseb seadet madalate temperatuuride eest jne.

Paigaldusfunktsioonid

Enne ostmist peaks vahelduvvoolugeneraatori potentsiaalne omanik hoolitsema selle koha ettevalmistamise eest selle paigaldamiseks. Sõltumata sellest, kuhu selline seade paigaldatakse, siseruumides või väljas, vajab see tasast ja kindlat platvormi. Elektrigeneraatori paigaldamine ebatasasele kohale suurendab vibratsiooni, mis kiirendab osade kulumist ja võib põhjustada kalli seadme rikke.

Generaatori paigaldamisel siseruumidesse on oluline tagada väljatõmbeventilatsioon. Lisaks on seadme töötamise ajal soovitatav jätta ruumi uks lahti, mis omakorda eeldab ukseavasse võre paigaldamist, mis blokeerib võõraste ja kõige tähtsamate laste juurdepääsu ohualasse.

Ühendage elektrigeneraator elektrivõrku rangelt vastavalt kasutusjuhendis toodud nõuetele. Sel juhul tuleb elektrikaabel ühendada pärast sisendmasinat ja elektriarvestit.