Асинхронный генератор принцип работы и устройство: от первого электрического генератора до современных устройств

Важно! Длительная работа генерирующего энергию устройства допустима при разнице токов на фазах турбогенератора до 10% и водяных генераторов, синхронных компенсирующих машин до 15-20%.

Искривление синусоиды на СГ может случаться из-за высокомощных преобразователей, выпрямляющих устройств и прочих.

Необходимо учесть, что нормальное функционирование синхронных устройств возможно только при качественной работе охлаждающей системы. Так, при затратах охлаждающего агента в объеме более 70% от номинального значения, должна срабатывать предупреждающая сигнализация о том, что устройство нужно отключить от сети, в противном случае может произойти выход оборудования из строя. Когда расход охлаждающего агента уменьшается на 50%, то устройство должно разгрузиться порядка двух минут, после чего отключиться за максимум четыре минуты.

Характерные черты СГ

СГ обладают нижеследующими характерными чертами:

• при нулевой нагрузке (холостом ходе), когда якорная обмотка находится в не замкнутом виде, задается зависимость электродвижущей силы от электротоков возбуждения, а также устанавливается значение уровня намагничивания сердечников генератора;
• выходное электронапряжение зависит от нагрузочных электротоков – этот признак является внешней характеристикой СГ;
• регулировочные характеристики синхронной машины проявляются в зависимости возбуждающих электротоков от нагрузочных аналогов при поддерживании установленных параметров на выходе в автоматическом режиме.

Синхронные генераторы нашли широкое применение в промышленности и энергообеспечении, так как имеют простую конструкцию, понятный принцип работы и могут выдерживать кратковременные перегрузки.

Для правильной эксплуатации и проведения ремонтных работ над СГ переменного тока необходимо знать их принцип работы (одинаковое по частоте вращение ротора и магнитного поля) и устройство. Эти знания пригодятся инженерам производственных предприятий и специалистам в области энергетики, а также обычным людям, которые используют подобную технику в бытовых целях.

Видео

Принцип работы и схема генератора переменного тока

Представить себе жизнь современного человека без электричества крайне сложно. Даже те люди, которые отдалены от цифровых технологий и Интернета, все равно пользуются бытовыми приборами, которые работают на электрической энергии. Часто для ее производства используют генератор переменного тока, ведь именно ток такого поля используется всеми бытовыми установками, подается во все квартиры и частные дома. Упомянутый выше прибор был изобретен уже достаточно давно, но он до сих пор не утратил своей популярности и применяется во многих сферах жизни людей. Про устройство генератора и принцип его работы рассказано в данной статье.

Что такое генератор переменного тока, и кто его изобрел

Генератор переменного тока представляет собой специализированную электрическую установку, которая преобразует механическую энергию в электрическую. Последняя обладает переменной характеристикой. Само превращение основано на механическом вращении катушки из проволоки внутри магнитного поля.

К сведению! Практически все современные генераторы используют для получения электроэнергии вращающееся магнитное поле, а не катушку.

Как уже было сказано, электрический ток вырабатывается не только при механическом движении катушки в поле магнита, но и тогда, когда силовые линии магнита, находящегося во вращательном движении, пересекают витки катушки. Таким образом появляющиеся электроны начинают свое движение к положительному полюсу магнита, а сам электроток протекает от плюсового полюса к минусовому.

Ток индуцируется в проводнике (катушке). Его течение отталкивает магнит, когда рамка катушки подходит к нему, и отталкивает его, когда рамка удаляется. Его говорить проще, то ток каждый раз меняет свою ориентацию относительно полюсов магнита. Это и вызывает такое явление, как переменный электрический ток.

Данное приспособление появилось еще в 1832 г. благодаря стараниям Н. Тесла. Именно тогда был создал самый первый однофазный синхронный генератор переменного электрического тока. Самые первые установки производили только постоянный ток, а рассматриваемый генератор переменной характеристики некоторое время не мог найти своего практического применения. Это длилось не долго, так как люди быстро поняли, что переменный ток использовать гораздо практичнее, чем постоянный.

Обратите внимание! Преимущество новой технологии заключалось в том, что такой электроток было легче выработать, а на обслуживание приборов уходило в разы меньше времени и ресурсов, чем на аналоги, работающие на постоянном токе.

Именно благодаря переменному току и его генератору смогли появиться на свет такие электроприборы, как радиоприемник, магнитофон и другие более поздние автоматические и электротехнические установки, без которых представить жизнь современного человека нельзя.

Характеристики генератора переменного тока

Основные технические характеристики генератора переменного тока: внешняя, скоростная регулировочная и токоскоростная. Внешняя характеристика определяется, как зависимость напряженности прибора от генерируемого им тока. Она является константой и может быть определена в процессе самостоятельного и независимого возбуждения.

Скоростная регулировочная характеристика чаще всего высчитывается исходя из нескольких величин электротока нагрузки. Самое маленькое значение возбуждения находится при нагрузочном токе, равном нулю (частота вращений при этом максимальная).

Последняя токоскоростная характеристика определяется как одна из самых важных при выборе или создании генератора. Практически все новые генераторы могут самостоятельно ограничивать свой максимальный ток.

Обратите внимание! Делается это для того, чтобы частота вращения роторов не увеличивалось до частоты индуцированного стартера.

Принцип работы генератора

Пришло время рассмотреть устройство генератора перемененного тока и принцип его действия. Он заключается в том, что в электроустановке используют специальную систему, которая при функционировании производит магнитный поток большой мощности.

За основу взято два сердечника, изготовленных из электротехнической стали. Пазы одного сердечника предполагают размещение обмотки, которая отвечает за генерацию потока магнитных волн. Второй же используется для индукции электродвижущей силы.

Обычно сердечник, который расположен внутри, находится в горизонтальном или вертикальном положении и вращается по соответствующим орбитам. Его называют ротором. Второй же сердечник, называемый статором, как понятно из его названия, остается в неподвижном состоянии. Чем меньшее расстояние будет между этими элементами, тем больше вырастет индуктивность магнитного потока. Далее рассмотрены назначение устройства и работа генератора переменного тока.

Назначение генератора переменного тока

Переменные генераторы тока применяют уже достаточно давно. За последние годы сфера применения стала еще более обширной. Используются такие приборы не только в промышленных, но и в бытовых целях. Производственные электроустановки представляют собой самый выгодный вариант для генерации электроэнергии, используемой на заводах и предприятиях, учебных учреждениях, торговых центрах и т. д. Также такие генераторы позволяют значительно ускорить строительство того или иного сооружения в тех местах, где нет возможности провести линию электропередачи.

В быту такие устройства также применяются. Они обладают более компактными размерными характеристиками и универсальностью. Часто их используют для питания частных домов, дачных участков или коттеджей.

Обратите внимание! Бытовые и производственные генераторы перемененного тока пользуются популярностью практически во всех сфера жизни человека. Особенно они полезны там, где постоянно возникают перебои с подачей электроэнергии или ее нет вообще.

Как устроен генератор переменного тока

Устройство генератора крайне простое. Он состоит из двух основных частей: подвижной (ротор или индуктор) и неподвижной (статор или якорь). В ГПТ ротором выступает электрический магнит, создающий магнитное поле, которое и принимает статор. Поверхность якоря обладает впадинами, которые называются пазами. В них виднеется обмотка катушки, выступающей в роли проводника.

Обратите внимание! Обычно якорь изготавливают их спрессованных листов стали толщиной не более 0,3 мм. Их изоляционный слой представляет собой простое лаковое покрытие.

Ротор устанавливают внутри статора. Его вращение осуществляется с помощью двигателя, мощность которого передается через обычный вал и некоторые опорные элементы. На валу также имеется возбудитель с постоянным значением электротока, питающий им обмотки катушки. Также среди компонентов имеется аккумуляторная батарея, которая инициализирует запуск стартера и может подавать электричество, если его не хватает для запуска двигателя, его работы.

Важно! Основное различие между однофазным и трехфазным генераторами электрического тока заключается в том, какое максимальное напряжение выдается прибором. В первом случае это 220 В, а во втором — и 220, и 380 В.

Виды генераторов переменного тока

Есть несколько типов классификации генераторов. Наиболее распространенный — по мощности. Они бывают маломощными и высокомощными. Для решения бытовых задач применяются компактная и маломощная электроустановки, которые обычно используется в качестве резервного источника питания.

В последнее время популярность обрели сварочные генераторы. С бензиновыми моделями следует быть осторожным, так как они должны использоваться только по своему прямому назначению. В противном случае их срок эксплуатации истечет намного раньше положенного. Диагностика и ремонт таких приборов — достаточно дорогостоящие, и чаще проще купить новый аппарат.

Еще одно разделение — асинхронные и синхронные генераторы. Они отличаются конструкцией ротора. В синхронном приборе катушка находится на роторе, а в асинхронном на валу есть специальные углубления, которые предназначены для вставки обмотки. Подробнее о них далее.

Асинхронные генераторы

Асинхронные двигатели — это приборы, которые работают в тормозящем режиме. В данной ситуации ротор выполняет вращения только в одном направлении, совпадающем с движением магнитного поля, но немного опережает его.

Обратите внимание! Такие установки практически не подвержены коротким замыканиям и обладают повышенной защитой от воздействия внешних факторов.

Синхронные генераторы

Синхронный двигатель — это электромеханизм, который работает в режиме генерации электрической энергии. Его особенность в том, что частота вращения стартера, а точнее его магнитного поля, равна частоте вращения ротора.

К сведению! Синхронные обладают роторами, которые выполнены в виде постоянных или электрических магнитах. Полюсов у них может быть и 2, и 4, и 6. Главное, чтобы это число было кратным двум.

Какой ток вырабатывает генератор

Характеристика тока, который вырабатывается генератором, зависит от его конструкции. Как уже стало понятно, и переменный генератор, и постоянный генератор содержат в своей конструкции электрический или постоянный магнит, создающий поток магнитного поля. В обоих случаях можно найти обмотку из медного проводника. Она вращается и, занимая различные положения в поле магнита, создает наведенную ЭДС.

Если представить, что обмотка разделена на две одинаковые части, то они поочередно будут занимать то горизонтальное, то вертикальное положение. ЭДС будет сначала максимальной, а затем нулевой. Это и будет генерация переменного тока.

Обратите внимание! Если в процессе полуоборота каким-либо образом переключить потребитель энергии, то он будет получать уже постоянный, но пульсирующий ток. В этом и отличие.

Схема генератора переменного тока

Принципы работы генератора переменного и постоянного токов уже понятны, как и его основные конструкционные элементы. Необходимо рассмотреть пару схем для обобщения материала и понимания процесса генерации электротока.

Таким образом, были рассмотрены генератор переменного тока, устройство и принцип его действия.

Строение этого аппарата практически не поменялось с момента его создания еще в 1800-х гг. Данное электрооборудование служит для выработки тока, который применяется для бытовых или производственных целей.

Что такое синхронный генератор: чем он лучше асинхронного

Синхронный генератор

Как известно, генератор предназначен для того, чтобы преобразовывать механическую энергию в электрическую. Благодаря ему автомобиль обеспечивается электрическим питанием, поэтому ген нередко называют электростанцией. Что такое синхронный генератор – это разновидность агрегата, который еще бывает асинхронным. Попробуем выяснить, чем он лучше АГ.

Применение СГ

Итак, синхронный ген (СГ) является устройством с неизменным электротоком, способный модифицировать конкретный тип энергии в электричество. К таким агрегатам относятся следующие виды генов: солнечные батареи, термонакопители, электростатические машины и т.д.

Широкое применение генераторов

Синхронные гены или альтернаторы применяются, как источники электричества на мощных атомных, гидро- или теплостанциях. Применяют их также на передвижных электростанциях, автомобилях, самолетах и т.д. Главное, что альтернатор способен функционировать автономно и как ген, питающий подключенные к нему элементы, и как дополнительный агрегат в системе других генераторов.

СГ способен задействовать механизмы там, где нет основного питания электросетей. Благодаря такому свойству альтернаторы данного типа можно применять в сельских фермерствах, находящихся вдали от крупных населенных пунктов.

Схема и альтернат функционирования СГ

Принцип работы гена следующий: ротор вращается от источника энергии, в роли которого может выступать автодвигатель, электромотор или турбина. Ротор – это один из основных элементов СГ, который еще называют индуктором. Обмотка возбуждения находится внутри него.

Кроме индуктора, важным элементом СГ является статор. Он представляет собой неподвижную часть.

Помимо ротора и статора в состав гена входит еще много дополнительных элементов, таких как обмотки, выпрямитель, катушка и т.д.

Функционирование синхронного генератора

Примечательно, что СГ может функционировать в двух режимах: как источник питания, и как двигатель. Все зависит от силы прибора.

Различают графики работы СГ: график работы в качестве гена и схемограмма функционирования в роли двигателя. СГ принимает механическую энергию, а выпускает электрическую, в первом случае. Во втором – наоборот, принимает электрическую, выпускает механическую.

В качестве гена переменного тока прибор используется в автомобилях, на электростанциях, а в качестве мотора – когда нужен двигатель, функционирующий с ПКЧ (регулярным вращением).

По сути, всю работу СГ можно представить, как функционирование электромагнитной индукции. Когда задействован режим ХХ, якорная катушка внутри прибора разомкнута. Магнитполе агрегата формируется в данном случае только обмоткой индуктора. Когда же задействовано вращение, в приборе присутствует постоянная частота и магнитполе передвигается посредством шунта статорной обмотки. Иными словами, в гене появляется ЭДС (скалярная величина).

Графики работы гена синхронного

Внимание. ЭДС может носить разный характер: быть пульсирующего типа, синусоидального или несинусоидального.

Обмотка возбуждения в СГ – это важный элемент, создающий в гене первоначальное магнитполе для задействования катушки якоря.

Интересный момент. Если якорь СГ вращают с конкретной скоростью, а затем инициируют возбуждение, энергетический поток передвигается посредством шунтов, а в фазах вызываются ЭДС-переменные.

Отличительным свойством СГ физики называют жесткую связь между частотой переменной ЭДС и частотой вращения индуктора. Все это выражается такой вот формулой.

Формула 1

Число пи в данной формуле, это количество полюсов обмотки индуктора и статора.

Функциональная схема СГ представлена на фото ниже.

Функциональная схема СГ

3-фазная электрообмотка, которая находится на статоре, ничем не разнится от обмотки того же типа АГ. Магнит с электрообмоткой нашел место на индукторе (на фото отмечен цифрой 2). Питание он получает посредством подачи неизменного напряжения через контактно-щеточный узел.

В некоторых случаях вместо электромагнитов в конструкции индуктора могут применяться магниты с неизменными свойствами. Тогда уже потребность в контактно-щеточном узле на валу отпадает, однако в разы ограничивается стабильность выходного напряжения.

На схеме ПД отмечен двигатель, его вал. В качестве него, как и говорилось выше, может быть использован не только автомотор, но и турбина либо иной источник механической энергии. Индуктор СГ задействуется с синхронной скоростью, что очень важно, и в буквальном смысле, определяет характерные черты этого вида гена.

Магнитполе индуктора тоже вращается с синхронной амплитудой, тем самым, индуцируя симметричную 3-фазную систему ЭДС.

С1, С2 и С3 на схеме – это клеммозажимы статорной обмотки. Именно через них с подключением нагрузки в фазах появляются токи, энергия, создающая вращающееся магнитполе. Амплитуда вращения этого поля идентична частоте вращения индуктора. Получается, что в СГ магнитполя статора и индуктора совершают обороты с равной скоростью – синхронно.

Тут пришло время представить другую формулу.

Формула 2

Она показывает, что при неизменной амплитуде вращения ротора, обозначенного латинской n, схемограмма ЭДС статорной обмотки будет непременно определяться, как закономерность рассредотачивания магнитиндукции.

4 способа, как возбудить СГ

Главнейшим вариантом возбуждения СГ является электромагнитный импульс. Он не столько основной, сколько самый распространенный. Его принцип действия базируется на том, что обмотка возбуждения располагается на полюсах индуктора. Когда ток проходит по обмотке, возникает сила, создающая в гене магнитполе.

Интересный момент. До недавнего времени в качестве питателя возбудительной электрообмотки применялись особые гены постоянного тока, которые иначе назывались возбудителями. На схеме они отмечены, как В.

Контактная (а) и бесконтактная системы (б)

ОВ – это обмотка возбуждения. Она получает энергию от другого гена, называемого ПВ. Индуктор СГ, вместе с элементами возбуждения установлен на едином валу. Соответственно, и вращение проводится одновременно.

Напряжение в обмотку СГ идет через контактные кольца и щеточный узел. Для коррекции напряжения используются особые приборы, задействуемые в цепи возбуждения.

В СГ применяется также и другой способ возбуждения. Он осуществляется путем применения БСЭВ. Здесь уже контактные кольца индуктора не обязательны, а в качестве возбудителя используется обращенный СГ переменного тока, отмеченный как В на схеме б).

3-фазная обмотка возбудителя, указанная цифрой 2, располагается на индукторе и задействуется одновременно с обмоткой возбуждения СГ. Электросоединение осуществляется посредством циркулирующего выпрямителя (отмечен цифрой 3). Как и говорилось выше, здесь уже нет щеточного узла и контактов.

Питание напряжением обмотки 1 осуществляется через подвозбудитель ПВ, являющегося геном постоянного тока.

Внимание. Из-за того что в этой схеме нет скользящей контактной группы, ее эксплуатационная надежность и КПД увеличивается в несколько раз.

Примечательно, что в СГ, включая гидравлические гены, популярность получил способ самовозбуждения.

Принцип самовозбуждения синхронных генераторов

Это третий распространенный способ возбуждения СГ. Он подразумевает отбор, требуемый для возбуждения энергии, от статорной обмотки. Затем это напряжение преобразуется в ЭПТ (энергию тока постоянного тока). Другими словами, правило внутреннего возбуждения связано с использованием рудиментарного (остаточного) магнетизма автомобиля.

Вторая картинка (б) на схеме показывает, как происходит автосамовозбуждение СГ с преобразователем-трансформатором и выпрямителем с переменными свойствами (отмечены, как ВТ и ТП).

Именно через них напряжение из цепи статора подается в обмотку возбуждения, конечно, после преобразования. Регулирование ТП проводится путем использования АРВ, на который идут импульсы тока на входе генератора. Схема также содержит отдельный блок защиты (БЗ), не допускающий перегорание ОВ (обмотки) от различных перегрузок.

Рассчитано, что вольтаж, расходуемый на ажитацию тока, составляет не больше 0,2-5 процентов полезной мощности. Чем мощнее сам ген, тем меньше вольтажа затрачивается.

В генах с малой мощностью применим также способ возбуждения, основанный на действии постоянных магнитов. Они находят место на роторе. Данный вариант дает возможность ограничиться собственными ресурсами. Другими словами, более нет необходимости использовать обмотку возбуждения.

Путем задействования такой схемы в генах с малой мощностью удастся в разы упростить конструкцию. Она станет более надежной и одновременно экономичной. Но, по причине дороговизны материалов, используемых для производства магнитов с константными свойствами, а также из-за сложности их обработки, этот способ возбуждения не получил должной степени распространения. И по этой же причине, сфера применения 4-го способа ограничена генами, выпускающими не больше нескольких кВт.

СГ – это основа электроэнергетики, если иметь в виду тот факт, что 99 процентов всего электричества на планете вырабатывается посредством турбинных или гидравлических генов.

Помимо неподвижных и переносных электростанций, СГ широко используются в автомобильной промышленности, устанавливаются вместе с ДВС бензинового и дизельного типов.

В чем отличие СГ от АГ

Асинхронный генератор в отличие от СГ не имеет жесткой зависимости от результата – амплитуда вращения индуктора+ЭДС. В данном случае несходность между значениями характеризует показатель скольжения или просто s.

Разница между АГ и СГ

В нормальном режиме работы электромагнитполе АГ под давлением ограничивает амплитуду вращения индуктора. Соответственно, частота изменения магнитполя уменьшается, а коэффициент s получает отрицательное значение.

К АГ относятся тахогены и различные преобразователи частот. АГ так же, как и СГ, могут иметь несколько способов возбуждения. Группировать их принято так: независимый способ и самовозбуждение.

Само- или внутреннее возбуждение в АГ организовывается либо с помощью конденсаторов, задействованных в цепи статора или индуктора, либо с помощью вентиль-преобразователей, имеющих обычный или искусственный вариант подключения.

Автономное возбуждение проводится от внешнего источника.

Итак, АГ можно назвать двигателем, функционирующим в режиме торможения. СГ – работает, как помним, в режиме генерации энергии.

АГ менее распространены, так как имеют ряд недостатков:

• они потребляет намагничивающий вольтаж значительной силы;
• для их нормальной работы потребуются конденсаторы;
• они ненадежны в экстремальных условиях работы.

Кроме того, и это важнее всего, АГ имеют зависимость параметров тока/частоты от функционирования двигателя. Иными словами, если мотор будет функционировать нестабильно, то и ген будет вырабатывать ток со спадами, что в автомобильной электрической цепи неприемлемо.

Применение АГ ограничивается сферой, где используются только приборы, не имеющие высокие стартовые токи.

Среди преимуществ АГ можно выделить дешевизну и более высокий класс защиты от внешних условий. Преимуществами же СГ можно назвать обеспечение высокой стабильности выхода тока. Минусом – перегрузка напряжения, которая возможна, если превышается значение допустимой нагрузки.

Разница между СГ и АГ в таблице.

Классы защиты

Класс защиты генов обозначается буквами IP и цифрами, несущими определенный конкретный смысл.

Как правило, СГ более соответствуют классу IP 23, тогда как АГ – IP 54. Однако в последнее время наметился прогресс – стали выпускаться СГ с более высокой степенью защиты, практически такой же, как у АГ.

Определяющим фактором разности класса защиты обоих генов является конструктивная особенность. Так, АГ с индуктором, напоминающим маховик, имеет более упрощенную конструкцию, которую легче защитить.

Подробнее о расшифровке классов защиты смотрите в таблице.

СГ или синхронный генератор является более усовершенствованным, хотя и сложным устройством, чем АГ – асинхронный агрегат. Раньше однозначно можно было заявить, что если вас интересовала меньшая функциональность, но более высокая степень защиты, то и выбирать следовало АГ. Однако с выходом новых СГ с высоким классом защиты, они явно сместили асинхронные генераторы со своих позиций.

Синхронный генератор. Устройство генератора и принцип действия :: SYL.ru

Синхронный генератор – машина (механизм) переменного тока, которая преобразовывает определенный тип энергии в электроэнергию. К таким устройствам относят электростатические машины, гальванические элементы, солнечные батареи, термобатареи и т. п. Использование каждого вида из перечисленных приборов определяется их техническими характеристиками.

Область применения

Применяют синхронные агрегаты как источники электроэнергии переменного тока: используют на мощных тепло-, гидро- и атомных станциях, на передвижных электрических станциях, транспортных системах (машинах, самолетах, тепловозах). Синхронный агрегат способен работать автономно – генератором, который питает подключаемую к ней какую-либо нагрузку, либо параллельно с сетью — в нее подключены иные генераторы.

Синхронный агрегат может включать устройства в тех местах, где нет центрального питания электрических сетей. Данные приборы можно применять в фермерских хозяйствах, которые расположены далеко от населенных пунктов.

Описание прибора

Устройство синхронного генератора обусловлено наличием таких элементов, как:

• Ротор, или индуктор (подвижный, вращающийся), в который входит обмотка возбуждения.
• Якорь, или статор (недвижимый), в который включается обмотка.
• Обмотка агрегата.
• Переключатель катушки статора.
• Выпрямитель.
• Несколько кабелей.
• Структура электрического компаундирования.
• Сварочный аппарат.
• Катушка ротора.
• Регулируемый поставщик постоянного электротока.

Синхронный генератор работает в качестве генераторов и моторов. Он может переходить от графика работы генератора к графику двигателя – это зависит от действия вращающей либо тормозящей силы прибора. В графике генератора в него входит механическая, а исходит электроэнергия. В графике двигателя в него входит электрическая, а исходит механическая энергия.

Прибор включается в цепь переменного тока разного типа нелинейных сопротивлений. Синхронные агрегаты являются генераторами переменного тока на электростанциях, а синхронные моторы используются тогда, когда необходим двигатель, что работает с постоянной крутящейся частотой.

Принцип работы агрегата

Работа синхронного генератора осуществляется по принципу электромагнитной индукции. Во время холостого движения якорная (статорная) катушка разомкнута, поэтому магнитное поле агрегата формируется одной обмоткой ротора. Когда ротор крутится от проводного мотора, у него присутствует постоянная частота, роторное магнитное поле перемещается через проводники обмоток фаз статора и осуществляет наводку повторяющихся переменных токов – электродвижущую силу (ЭДС). ЭДС носит синусоидальный, несинусоидальный либо пульсирующий характер.

Обмотка возбуждения предназначается для создания в генераторе первоначального магнитного поля, чтобы навести в катушку якоря электрическую движущую силу. В случае если якорь синхронного генератора приводят в движение путем вращения с определенной скоростью, затем возбуждают источником постоянных токов, то поток возбуждения переходит через проводники катушек статора, и в фазах катушки индуцируются переменные ЭДС.

Трехфазное устройство

Трехфазный синхронный генератор – устройство, имеющее трехфазную структуру переменного тока, которая имеет огромное практическое распространение. Крутящийся электромагнит способен образовывать магнитный поток (переменный), который перемещается через три фазы обмотки имеющегося статора. И результатом этого является то, что в фазах происходит переменная ЭДС однотипной частоты, сдвиг фаз осуществляется под углом, равным одной третьей периода вращения магнитных полей.

Трехфазный синхронный генератор оборудован так, что на его валу якорь является электромагнитом и питается от генератора. Когда вал вращается, к примеру, от турбины, генератор поставляет электроток, в то время как обмотка ротора питается поставляемым током. От этого якорь становится электрическим магнитом и, осуществляя обороты с тем же валом, доставляет вращающееся электромагнитное поле.

Благодаря синхронным трехфазным гидро- и турбогенераторам производится большая часть электроэнергии. Синхронные агрегаты применяются и в качестве электромоторов в таких устройствах, у которых мощность превышает 50 кВт. Во время работы синхронного агрегата в графике двигателя сам ротор соединяют с источником постоянных токов, статор же подключают к трехфазному кабелю.

Структуры возбуждения

Любые турбо-, гидро-, дизельные генераторы, синхронные компенсаторы, моторы, производимые на данный момент, оснащаются новейшими полупроводниковыми структурами, такими как возбуждение синхронных генераторов. В данных структурах применяется метод выпрямления трехфазных переменных токов возбудителей высокой или промышленной частоты либо напряжения возбуждаемого агрегата.

Устройство генератора таково, что структуры возбуждения могут обеспечить такие параметры работы агрегата, как:

• Первая стадия возбуждения, то есть начальная.
• Работа вхолостую.
• Подключение к сети способом точной синхронизации либо самосинхронизации.
• Работа в энергетической структуре с имеющимися нагрузками или перегрузками.
• Возбуждение синхронных приборов может быть форсировано по таким критериям, как напряжение и ток, имеющими заданную кратность.
• Электроторможение аппарата.

Конструкция генератора

На данный момент производится много видов индукционных приборов, но устройство генератора создано так, что в них присутствуют одинаковые части:

• Электромагнит либо постоянный магнит, что производит магнитное поле.
• Обмотка с индуцирующейся переменной ЭДС.

Чтобы получить наибольший магнитный поток, во всех генераторах используют специальную магнитную структуру, которая состоит из двух стальных сердечников.

Обмотки, что создают магнитное поле, установлены в пазах одного из сердечников, а обмотки, индуцируемые ЭДС – в пазах другого. Один из сердечников — внутренний — взаимодействует со своей обмоткой и крутится вокруг горизонтального либо вертикального стержня. Такой стержень называется ротором. Недвижимый сердечник с обмоткой называется якорем (статором).

Характеристики прибора

Для оценки функции синхронных генераторов применяются те же самые характеристики, какие применяются в генераторах постоянного тока. Только некоторые условия различаются и дополняются.

Главные характеристики синхронного генератора такие:

• Холостой ход – это зависимость ЭДС прибора от токов возбуждения, одновременно является показателем намагничивания магнитных цепей машины.
• Внешняя характеристика – это зависимость напряжения устройства от токов нагрузки. Напряжение агрегата меняется по-разному в зависимости от увеличения нагрузки при различных ее видах. Причины, что вызывают такие изменения, следующие:

1. Падение значения напряжения на индуктивном и активном сопротивлении обмоток устройства. Увеличивается по мере того, как увеличивается нагрузка прибора, то есть его ток.
2. Изменение ЭДС агрегата. Происходит в зависимости от реакции статора. При активных нагрузках уменьшение напряжения будет вызвано падением напряжения во всех обмотках, потому что реакция статора влечет за собой увеличение ЭДС генератора. При активно-емкостных видах нагрузки эффект намагничивания вызывает увеличение текущего значения напряжения по сравнению с номинальным показателем.

• Регулировочные характеристики синхронного генератора – это зависимость токов возбуждения от токов нагрузки. В процессе работы синхронных агрегатов нужно поддерживать постоянное напряжение на их зажимах независимо от характера и величины нагрузок. Этого несложно достигнуть, если регулировать ЭДС генератора. Это можно сделать путем изменения токов воз­буждения автоматически в зависимости от изменений нагрузок, то есть при активно-емкостной нагрузке нужно уменьшать ток возбуждения для поддержания постоянного напряжения, а при активно-индуктивной и активной — увеличивать.

Мощность синхронного генератора определяется такими значениями:

• Соответствующим напряжением в электросети.
• Своей ЭДС.
• Углом измерения.

Прибор переменного тока

Синхронный генератор переменного тока – это электромашина, что преобразует механическую вращательную энергию в электрическую энергию переменных токов. Мощные генераторы таких токов устанавливают:

• гидрогенератор турбогенератор – на электростанциях;
• приборы переменного тока сравнительно небольшой мощности — в системах автономного энергоснабжения (газотурбинная электростанция, дизельная электростанция) и в частотных преобразователях (двигатель-генератор).

В настоящее время выпускается множество типов таких приборов, но все они имеют общее устройство главных элементов:

• якорь (статор) – неподвижный;
• крутящийся вокруг оси ротор.

В промышленных генераторах больших размеров вращается электромагнит, являющийся ротором. Одновременно с этим обмотки с наводящимися ЭДС, уложенные в пазы статора, остаются неподвижными.

В таких устройствах, как маломощный синхронный генератор, магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом.

Виды синхронных агрегатов

Существуют следующие виды синхронных генераторов:

1. Гидро – в нем ротор имеет отличие за счет присутствия явно выраженных полюсов, применяется при производстве электроэнергии, осуществляет работу на малых оборотах.
2. Турбо – имеет отличия неявнополюсным строением генератора, производится от турбин разного вида, скорость оборотов довольно высокая, достигает порядка 6000 оборотов в минуту.
3. Компенсатор синхронный – данный агрегат поставляет реактивную мощность, применяется для повышения качества электроэнергии, чтобы стабилизировать напряжение.
4. Асинхронный агрегат двойного питания – устройство генератора такого типа заключается в том, что в нем подключается как роторная, так и статорная обмотки от поставщика токов с различной частотой. Создается асинхронный график работы. Также он отличается устойчивостью графика работы и тем, что преобразовывает разные токи фаз и используется для решения задач с узкой специализацией.
5. Двухполюсный ударный агрегат – работает в графике короткого замыкания, воздействует кратковременно, в миллисекундах. Также испытывает аппараты с высоким напряжением.

Разновидности агрегатов

Синхронный генератор (мотор) подразделяется на несколько моделей, которые предназначены для разнообразных целей:

• Шаговые (импульсные) – применяются для приводов механизмов с циклом работы старт-стоп или устройств непрерывного движения с импульсным управляющим сигналом (счетчиков, лентопротяжных устройств, приводов станков с ЧПУ и др.).
• Безредукторные – для применения в автономных системах.
• Бесконтактные – применяются для работы в качестве электростанций на судах морского и речного флота.
• Гистерезисные – используются для счетчиков времени, в инерционных электроприводах, в системах автоматического управления;
• Индукторные моторы – для снабжения электроустановок.

Разделение по виду ротора

По роду прибора ротора устройство генератора подразделяется на:

• Явнополюсное – с выступающими либо с явно выраженными полюсами. Данные роторы применяются в генераторах с тихим ходом, у которых скорость вращения не превышает 1000 оборотов в минуту.
• Неявнополюсное – это ротор с формами цилиндра, у которого нет выступающих полюсов. Данные якоря бывают двухполюсными и четырехполюсными.

В первом случае ротор состоит из крестовины, на которой закрепляют сердечники полюсов или обмотки возбуждения. Во-втором – быстроходные агрегаты с числом оборотов 1500 либо 3000. Ротор сделан в виде цилиндра из стали довольно высокого качества с пазами, в них устанавливают обмотку возбуждения, состоящую из отдельных обмоток различной ширины.

Устройство, принцип действия и конструкция синхронного генератора, режимы работы

Синхронным генератором (СГ) называют устройство, выполняющее функцию трансформации механической энергии в электрическую. Принцип работы и устройство синхронного генератора достаточно просты и надежны. Такое энергетическое оборудование востребовано для использования в мобильных авторемонтных мастерских, для ремонта и обслуживания станков-качалок, спецмашин нефтегазовой отрасли, на ГЭС, ТЭС, АЭС, в транспортных системах.

Основные конструктивные элементы

1. Одна обмотка статора («обмотка возбуждения») запитывается от источника постоянного тока, функцию которого выполняет электронный регулятор напряжения. Регулятор используется в генераторах с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение осуществляется с использованием остаточного магнетизма магнитопровода СГ. При этом энергия переменного тока поступает от обмотки статора СГ. Комплекс из понижающего трансформатора и полупроводникового выпрямителя-преобразователя трансформирует ее в энергию постоянного тока.
2. Ток, протекающий в обмотке возбуждения статора, наводит ЭДС на обмотке возбуждения якоря генератора. Статор возбудителя, как конструкционный элемент может отсутствовать, и тогда его функции выполняют постоянные магниты.
3. Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, называется обмоткой возбуждения якоря, или якорем возбудителя.
4. Переменное напряжение, возникающее на обмотке якоря возбудителя, выпрямляется в блоке вращающихся диодов, которые так же называются словосочетанием «диодный мост», и превращает силовую обмотку ротора во вращающийся электромагнит, который наводит ЭДС в силовой обмотке статора СГ.
5. Силовые обмотки и обмотки возбуждения монтируются в пазы якоря и ротора.
6. Генераторы по типу выходного напряжения делятся на одно-, или трехфазные. Основное распространение в промышленности имеют трехфазные синхронные генераторы, а в быту — однофазные.

В конструкцию статора входит корпус, внутри которого расположен сердечник, или пакет, собираемый из листов электротехнической стали особой формы. На качество электрического тока влияют такие факторы как: цельность листов в пакете (бывают цельными или составными), качество и материал обмотки. Для обмотки применяется медный эмаль-провод, а в дешевых устройствах возможна замена меди на алюминий.

Роторы изготавливаются явнополюсными или неявнополюсными.

• Явнополюсные роторы предназначены для синхронных генераторов, работающих с двигателями внутреннего сгорания с низкой частотой вращения — 1500 и 3000 об/мин.
• Неявнополюсные роторы востребованы в высокоскоростных (более 3000 об/мин) механизмах переменного электрического тока высокой мощности. Обычно их размещают на одном валу с паровыми турбинами. Такие СГ называют «турбогенераторы».

Определение скорости вращения

Понятие «синхронный» означает, что число оборотов находится в прямой математической зависимости от частоты тока. Эта зависимость определяется по формуле n = 60*f/p, где:

• n — скорость вращения, об/мин;
• f — частота, в бытовой электрической сети она равна 50 Гц;
• p — количество пар полюсов.

Принцип работы СГ

Принцип действия машины в режиме синхронного генератора:

1. При пропускании через обмотку возбуждения постоянного тока образуется стабильное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью.
2. При вращении магнитного поля относительно проводников обмотки якоря возбуждаются переменные ЭДС.
3. Переменные ЭДС суммируются, образуя ЭДС фаз. Трехфазная система образуется тремя одинаковыми обмотками, размещаемыми на якоре под электрическим углом друг к другу, равным 120°.

В случаях, если централизованное электроснабжение имеет недостаточную мощность или отсутствует, как, например, на удаленных стройплощадках, нефтегазодобывающих объектах, морских и воздушных судах, СГ в составе с двигателем внутреннего сгорания функционируют в автономном режиме. При необходимости создания мощных источников питания синхронные двигатели включают на параллельную работу. Такой способ включения позволяет более полно использовать мощность каждой машины и при необходимости выводить отдельные СГ в ремонт без прекращения эффективного электроснабжения потребителей.

Второй режим работы синхронной машины — выполнение функций электродвигателя. Обычно СГ востребован в качестве двигателя в высокомощных установках более 50 кВт. Для работы в режиме электродвигателя обмотку статора подключают к электросети, а обмотку ротора — к источнику постоянного тока. Вращающий момент возникает при взаимодействии вращающегося магнитного поля СГ с постоянным током обмотки возбуждения.

принцип действия, описание и функции

Как и большинство электродвигателей, асинхронный Двигатель переменного тока имеет неподвижную внешнюю часть, которая называется статором, и вращающийся внутри ротор. Между ними остается тщательно рассчитанный воздушный зазор.

Как это работает?

Устройство и принцип работы асинхронных двигателей, как и всех других, основаны на том, что вращение магнитного поля используется для привода ротора. Трехфазный АД — единственный тип двигателя, в котором он создается естественным образом из-за природы пищи.В двигателях постоянного тока для этого используется механическая или электронная коммутация, а в однофазных АД — дополнительные электрические элементы.

Для работы электродвигателя два комплекта электромагнитов. Принцип работы асинхронного электродвигателя заключается в том, что в статоре образуется один комплект, поскольку к его обмотке подключен источник переменного тока. Согласно закону Ленца, это индуцирует электромагнитную силу (ЭДС) в роторе так же, как напряжение индуцируется во вторичной обмотке трансформатора, создавая еще один набор электромагнитов.Следовательно, другое название AD — асинхронный двигатель. Конструкция и работа асинхронных двигателей основаны на том факте, что взаимодействие между магнитными полями этих электромагнитов порождает крутящую силу. В результате ротор вращается в направлении результирующего момента.

Статор

Статор состоит из нескольких тонких пластин из алюминия или чугуна. Они прижимаются друг к другу, образуя полый цилиндр с канавками. В них прокладываются изолированные провода. Каждая группа обмоток вместе с окружающим их сердечником после подачи на нее переменного тока образует электромагнит.Количество полюсов АД зависит от внутреннего соединения обмоток статора. Он сделан таким образом, что при подключении источника питания образуется вращающееся магнитное поле.

Ротор

Ротор состоит из нескольких тонких стальных пластин с равномерно расположенными алюминиевыми или медными стержнями. В самом популярном ее типе — беличьей или «беличьей клетке» стержни на концах механически и электрически соединяются с помощью колец. Почти 90% БП используют эту конструкцию, потому что она проста и надежна.Ротор состоит из цилиндрического пластинчатого сердечника с расположенными в осевом направлении параллельными канавками для установки проводников. В каждую канавку укладывается пруток из меди, алюминия или сплава. Они закорочены с обеих сторон концевыми кольцами. Такая конструкция напоминает клетку для белок, поэтому и получила соответствующее название.

Канавки ротора не полностью параллельны валу. Они сделаны с небольшим перекосом по двум основным причинам. Первый — обеспечить плавную работу артериального давления за счет уменьшения магнитных шумов и гармоник.Второй — уменьшить вероятность блокировки ротора: его зубья зацепляются за пазы статора из-за прямого магнитного притяжения между ними. Это происходит, когда их количество совпадает. Ротор установлен на валу с помощью подшипников на каждом конце. Одна часть обычно выступает больше, чем другая, чтобы управлять нагрузкой. В некоторых двигателях датчики скорости или положения прикреплены к нерабочему концу вала.

Между статором и ротором есть воздушный зазор. Через него передается энергия.Создаваемый крутящий момент вызывает вращение ротора и нагрузки. Независимо от типа используемого ротора устройство и принцип работы асинхронного двигателя остаются неизменными. Обычно артериальное давление классифицируется по количеству обмоток статора. Электродвигатели бывают однофазные и трехфазные.

Устройство и принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Однофазное артериальное давление образует самые большие партеэлектрические двигатели. Вполне логично, что чаще всего используется наименее дорогой и неприхотливый в обслуживании двигатель.Как видно из названия, предназначение, принцип работы асинхронного двигателя этого типа основывается на наличии только одной обмотки статора и работе от однофазного источника питания. Все роторы этого типа имеют короткозамкнутый ротор.

Однофазные двигатели не запускаются сами по себе. Когда двигатель подключен к источнику питания, по основной обмотке начинает течь переменный ток. Он генерирует пульсирующее магнитное поле. Из-за индукции ротор находится под напряжением.Поскольку основное магнитное поле пульсирует, крутящий момент, необходимый для вращения двигателя, не создается. Ротор начинает вибрировать, а не вращаться. Следовательно, для однофазного АД требуется спусковой механизм. Он может дать начальный толчок, заставляя вал двигаться.

Пусковой механизм однофазного артериального давления в основном от дополнительной обмотки статора. Он может сопровождаться последовательным конденсатором или центробежным переключателем. При подаче напряжения питания ток в основной обмотке отстает от напряжения из-за своего сопротивления.При этом электричество в пусковой обмотке отстает или опережает напряжение питания, в зависимости от импеданса триггера. Взаимодействие между магнитными полями, создаваемыми основной обмоткой и цепью запуска, создает результирующее магнитное поле. Он вращается в одном направлении. Ротор начинает вращаться в направлении возникающего магнитного поля.

После того, как частота вращения двигателя достигает примерно 75% от номинальной, центробежный выключатель отключает пусковую обмотку.Кроме того, двигатель может поддерживать достаточный крутящий момент для автономной работы. За исключением двигателей со специальным пусковым конденсатором, все однофазные двигатели обычно используются для создания мощности, не превышающей 500 Вт. В зависимости от различных методов запуска однофазный AD дополнительно классифицируется, как описано в следующих разделах.

АД с расщепленной фазой

Назначение, устройство и принцип работы асинхронный двигатель с расщепленной фазой основаны на использовании в нем двух обмоток: пусковой и основной.Пуск выполняется из провода меньшего диаметра и меньшего количества витков по сравнению с основным, чтобы создать большее сопротивление. Это позволяет ориентировать его магнитное поле под углом. Оно отличается от направления основного магнитного поля, которое приводит к вращению ротора. Рабочая обмотка, выполненная из проволоки большего диаметра, обеспечивает работу двигателя в остальное время.

Пусковой момент низкий, обычно от 100 до 175% от номинального. Двигатель потребляет большой пусковой ток.Это в 7-10 раз больше номинального. Максимальный крутящий момент также в 2,5-3,5 раза выше. Этот тип двигателей используется в небольших шлифовальных машинах, вентиляторах и воздуходувках, а также в других устройствах, требующих низкого крутящего момента, мощностью от 40 до 250 Вт. Необходимо избегать использования таких двигателей, где циклы включения-выключения часты или требуется высокий крутящий момент.

АД с конденсаторным пуском

Конденсаторный тип асинхронного двигателя и принцип его действия основан на том, что к его пусковой обмотке с расщепленной фазой последовательно подключены емкости, обеспечивающие пусковой «импульс».Как и в предыдущей версии моторов, есть еще и центробежный переключатель. Он отключает пусковую цепь, когда скорость двигателя достигает 75% от номинальной. Поскольку конденсатор включен последовательно, это создает больший пусковой крутящий момент, в 2-4 раза превышающий размер рабочего. А пусковой ток, как правило, составляет 4,5-5,75 ти

Преобразователи частоты для асинхронных двигателей: принцип действия и работа

Сегодня в промышленности очень часто встречаются преобразователи частоты для асинхронных двигателей.Стоит отметить, что эти двигатели имеют в своей конструкции три обмотки, которые соединены по схеме «звезда» или «треугольник». Но у них есть один недостаток — регулировать частоту вращения ротора очень сложно. Но это было раньше. Теперь, когда на помощь приходит микро- и силовая электроника, эта задача упрощается. Вращение переменного резистора позволяет изменять скорость вращения в широком диапазоне.

Для чего нужен преобразователь частоты?

Функций у этого устройства много, но чаще всего используется небольшое количество.Фактически, чтобы управлять асинхронным двигателем, вы должны иметь возможность регулировать не только скорость вращения, но также время ускорения и замедления. Кроме того, любая система требует защиты. Необходимо, чтобы преобразователь частоты учитывал ток, потребляемый асинхронным двигателем.

Частое использование частоты в системах вентиляции. Несмотря на кажущуюся легкость крыльчатки вентилятора, нагрузки на ротор очень велики. И мгновенное ускорение невозможно. Также существуют ситуации, когда необходимо увеличить скорость вращения, чтобы воздушный поток становился больше или меньше.Но это всего лишь пример, преобразователь частоты часто используется в других системах. С помощью частотника можно синхронизировать скорость конвейера, который состоит из нескольких лент.

Как работает инвертор

В основе лежит микропроцессорное управление и несколько схем для преобразования переменного и постоянного напряжения. Несколько процессов происходят с напряжением, которое подается на вход питания устройства. Работа преобразователя частоты несложная, достаточно рассмотреть три шага.Сначала происходит выпрямление. Во-вторых, фильтрация. В-третьих, инвертирование — это преобразование постоянного тока в переменный.

Только на последнем этапе возможно изменение свойств и текущих параметров. Изменяя токовые характеристики, можно регулировать скорость вращения ротора асинхронного двигателя. В инверторном каскаде используются мощные сборки транзисторов. Эти элементы имеют три выхода — два силовых и один управляющий. Величина подаваемого на последний сигнала зависит от вольт-амперной характеристики на выходе частотника.

Как заменить инвертор?

Преобразователи частоты для асинхронных двигателей начали применяться сравнительно недавно. Но наука шла к ним постепенно, сначала скорость вращения ротора меняли с помощью шестерен или вариатора. Правда, это управление было очень громоздким, да и мощность привода тратилась на ненужные механизмы. Ременная передача помогала увеличить скорость вращения, но здесь было очень сложно указать конечный параметр. По этим причинам использование преобразователя частоты намного выгоднее, поскольку он позволяет избежать потери мощности.Но самое главное — дает возможность изменять параметры привода, не внося никаких изменений в механику.

Какой диск использовать дома?

Стоит отметить, что подключение возможно к сети одно- и трехфазного тока. Все зависит от конкретной модели ПЧ, а точнее от того, какая схема инверторного преобразователя частоты использовалась в производстве. Чтобы понять принцип работы, достаточно взглянуть на устройство устройства.Самым первым узлом является выпрямитель, который собран на полупроводниковых диодах. Это мостовая схема для преобразования одно- или трехфазного переменного тока в постоянный. Для использования дома нужно выбирать те модели частотников, вход которых подключен к однофазной сети переменного тока. Выбор связан с тем, что проводить трехфазную сеть в частных домах проблематично, и это невыгодно, потому что необходимо использовать более совершенные счетчики электроэнергии.

Базовые узлы ПЧ

Немногое было сказано о том, что представляет собой схема преобразователя частоты. Но для детального изучения необходимо рассмотреть его более подробно. На первом этапе проводится преобразование — выпрямление переменного тока. Независимо от того, сколько фаз подано на вход (три или одна), на выходе выпрямителя вы получите постоянное униполярное (один плюс и один минус) напряжение 220 вольт. Так много между фазой и нулем.

Далее идет блок фильтров, который помогает избавиться от всех переменных выпрямленного тока. И на самом последнем этапе происходит инвертирование — от постоянного тока делают переменным с помощью силовых транзисторов, управляемых микроконтроллером. Как правило, преобразователи частоты для асинхронных двигателей имеют монохромный ЖК-дисплей, на котором отображаются необходимые параметры.

Могу я сам сделать устройство?

Изготовление данного устройства связано со многими трудностями.Вам необходимо изучить основы программирования микроконтроллеров, чтобы расширить возможности устройства. Важно учитывать все основные требования. Например, возможность автоматического аварийного отключения при превышении максимально допустимого тока, потребляемого двигателем. Для этого необходимо на выходе установить трансформаторы тока, которые будут вести постоянный мониторинг. Также должно быть предусмотрено активное и пассивное охлаждение всех силовых элементов системы — диодов и транзисторов, а также отключение устройства при чрезмерном нагреве.Только в этом случае можно безопасно эксплуатировать преобразователи частоты для асинхронных двигателей.

Конструкция и принцип работы

Электрическая машина может быть определена как устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую или механическую энергию в электрическую. Электрический генератор можно определить как электрическую машину, преобразующую механическую энергию в электрическую. Электрический генератор обычно состоит из двух частей; статор и ротор.Существуют различные типы электрических генераторов, такие как генераторы постоянного тока, генераторы переменного тока, автомобильные генераторы, электрические генераторы с питанием от человека и т. Д. В этой статье давайте обсудим принцип работы синхронного генератора.

Синхронный генератор

Вращающиеся и неподвижные части электрической машины могут называться ротором и статором соответственно. Ротор или статор электрических машин действует как элемент, производящий энергию, и называется якорем.Электромагниты или постоянные магниты, установленные на статоре или роторе, используются для создания магнитного поля электрической машины. Генератор, в котором постоянный магнит используется вместо катушки для создания поля возбуждения, называется синхронным генератором с постоянным магнитом или также просто синхронным генератором.

Конструкция синхронного генератора

В общем, синхронный генератор состоит из двух частей: ротора и статора. Роторная часть состоит из полюсов возбуждения, а статорная часть состоит из проводов якоря.Вращение полюсов поля при наличии проводников якоря индуцирует переменное напряжение, которое приводит к выработке электроэнергии.

Скорость полюсов возбуждения является синхронной скоростью и определяется по формуле

, где «f» указывает частоту переменного тока, а «P» указывает количество полюсов.

Принцип работы синхронного генератора

Принцип работы синхронного генератора — электромагнитная индукция.Если существует относительное движение между потоком и проводниками, то в проводниках индуцируется ЭДС. Чтобы понять принцип работы синхронного генератора, давайте рассмотрим два противоположных магнитных полюса, между которыми расположена прямоугольная катушка или виток, как показано на рисунке ниже.

Если прямоугольный виток вращается по часовой стрелке против оси ab, как показано на рисунке ниже, то после завершения поворота на 90 градусов стороны проводника AB и CD оказываются перед S-полюсом и N-полюс соответственно.Таким образом, теперь можно сказать, что касательное движение проводника перпендикулярно линиям магнитного потока от северного полюса к южному.

Итак, здесь скорость отсечения магнитного потока проводником является максимальной и индуцирует ток в проводнике, направление индуцированного тока можно определить с помощью правила правой руки Флеминга. Таким образом, мы можем сказать, что ток будет проходить от A к B и от C к D. Если проводник повернуть по часовой стрелке еще на 90 градусов, то он перейдет в вертикальное положение, как показано на рисунке ниже.

Теперь положение проводника и линий магнитного потока параллельны друг другу, и, таким образом, поток не режется, и в проводнике не индуцируется ток. Затем, пока проводник поворачивается от часовой стрелки еще на 90 градусов, прямоугольный поворот переходит в горизонтальное положение, как показано на рисунке ниже. Таким образом, проводники AB и CD находятся под N-полюсом и S-полюсом соответственно. Применяя правило правой руки Флеминга, ток индуцируется в проводнике AB от точки B до A, а ток индуцируется в проводнике CD от точки D до C.

Итак, направление тока может быть указано как A — D — C — B, а направление тока для предыдущего горизонтального положения прямоугольного поворота — A — B — C — D. Если виток снова повернуть в вертикальное положение, затем индуцированный ток снова уменьшается до нуля. Таким образом, за один полный оборот прямоугольного витка ток в проводнике достигает максимума и уменьшается до нуля, а затем в обратном направлении он достигает максимума и снова достигает нуля. Следовательно, один полный оборот прямоугольного витка производит одну полную синусоидальную волну тока, индуцируемую в проводнике, что можно назвать генерацией переменного тока путем вращения витка внутри магнитного поля.

Теперь, если мы рассматриваем практический синхронный генератор, то полевые магниты вращаются между неподвижными проводниками якоря. Ротор синхронного генератора и вал или лопатки турбины механически связаны друг с другом и вращаются с синхронной скоростью. Таким образом, резка магнитного потока создает наведенную ЭДС, которая вызывает протекание тока в проводниках якоря. Таким образом, для каждой обмотки ток течет в одном направлении в течение первого полупериода, а ток течет в другом направлении во втором полупериоде с запаздыванием по времени в 120 градусов (поскольку они смещены на 120 градусов).Следовательно, выходная мощность синхронного генератора может быть показана на рисунке ниже.

Вы хотите узнать больше о синхронных генераторах и заинтересованы в разработке проектов электроники? Не стесняйтесь делиться своими взглядами, идеями, предложениями, запросами и комментариями в разделе комментариев ниже.

Принцип работы, типы и применение

В электрических системах, которые мы используем в промышленности, на электростанциях или в быту, двигатели и генераторы стали обычным явлением.В связи со спросом на высокоэффективные и менее энергопотребляющие системы наблюдается изобретение новых моделей этих электрических устройств. Основным расчетным фактором надежной работы двигателей и генераторов является коэффициент мощности . Это отношение приложенной мощности к требуемой мощности. Обычно общее количество электроэнергии, потребляемой предприятиями и предприятиями, рассчитывается на основе коэффициента мощности. Таким образом, коэффициент мощности всегда следует поддерживать равным единице. Но из-за роста реактивной мощности в этих устройствах коэффициент мощности уменьшается.Чтобы поддерживать коэффициент мощности равным единице, вводятся многие методы. Концепция синхронного двигателя — одна из них.

Что такое синхронный двигатель?

Определение синхронного двигателя гласит: «Двигатель переменного тока, в котором в установившемся режиме вращение вала синхронизируется с частотой приложенного тока». Синхронный двигатель работает как двигатель переменного тока, но здесь общее количество оборотов, совершаемых валом, равно целому кратному частоте приложенного тока.

Синхронный двигатель не использует индукционный ток для работы.В этих двигателях, в отличие от асинхронных двигателей, на stato r присутствуют многофазные электромагниты переменного тока, которые создают вращающееся магнитное поле. Здесь ротор представляет собой постоянный магнит, который синхронизируется с вращающимся магнитным полем и вращается синхронно с частотой приложенного к нему тока.

Конструкция синхронного двигателя

Статор и ротор являются основными компонентами синхронного двигателя. Здесь на корпусе статора имеется оберточная пластина, к которой прикреплены шпонки и периферийные ребра.Опоры, рамы используются для поддержки машины. Для возбуждения обмоток возбуждения постоянным током используются контактные кольца и щетки.

Цилиндрические и круглые роторы используются для 6 полюсов. Роторы с явными полюсами используются, когда требуется большее количество полюсов. Конструкция синхронного двигателя и синхронного генератора аналогична.

Принцип работы синхронного двигателя

Работа синхронных двигателей зависит от взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем ротора.Статор содержит 3 фазные обмотки и питается от 3 фаз. Таким образом, обмотка статора создает трехфазное вращающееся магнитное поле. На ротор подается постоянный ток.

Ротор входит во вращающееся магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, и вращается синхронно. Теперь скорость двигателя зависит от частоты подаваемого тока.

Скорость синхронного двигателя регулируется частотой приложенного тока. Скорость синхронного двигателя можно вычислить как

Ns = 60f / P = 120f / p

где f = частота переменного тока (Гц)
p = общее количество полюсов на фазу
P = общее количество пар полюсов на фазу.

Если применяется нагрузка, превышающая пробивную, двигатель десинхронизируется. Трехфазная обмотка статора дает преимущество определения направления вращения. В случае однофазной обмотки невозможно определить направление вращения, и двигатель может запускаться в любом из направлений. Чтобы контролировать направление вращения в этих синхронных двигателях, необходимы пусковые устройства.

Способы пуска синхронного двигателя

Момент инерции ротора останавливает крупногабаритные синхронные двигатели от самозапуска.Из-за этой инерции ротора ротор не может синхронизироваться с магнитным полем статора в момент подачи питания. Таким образом, требуется некоторый дополнительный механизм, чтобы помочь ротору синхронизироваться.

В большие двигатели входят индукционные обмотки, которые создают достаточный крутящий момент, необходимый для ускорения. Для очень больших моторов для разгона ненагруженной машины используется пони-мотор. Изменяя частоту тока статора, двигатели с электронным управлением могут разгоняться даже с нулевой скорости.

Для очень маленьких двигателей, когда момент инерции ротора и механическая нагрузка желательно малы, они могут запускаться без каких-либо методов запуска.

Типы синхронных двигателей

В зависимости от метода намагничивания ротора существует два типа синхронных двигателей —

• без возбуждения.
• Постоянный ток Возбужден.

Двигатель без возбуждения

В этих двигателях ротор намагничивается внешним полем статора.Ротор содержит постоянное магнитное поле. Для изготовления ротора используется сталь с высокими удерживающими свойствами, такая как кобальтовая сталь. Они классифицируются как двигатели с постоянным магнитом, реактивные и гистерезисные.

• В синхронных двигателях с постоянными магнитами постоянный магнит используется вместе со сталью для конструкции ротора. У них постоянное магнитное поле в роторе, поэтому индукционную обмотку нельзя использовать для запуска. Применяются в качестве безредукторных двигателей лифтов.

• Ротор реактивного двигателя выполнен из стального литья с выступающими полюсами.Чтобы минимизировать пульсации крутящего момента, полюса ротора меньше полюсов статора. Содержит обмотку с короткозамкнутым ротором для обеспечения пускового момента ротора. Используется в измерительных приборах.
• Двигатели с гистерезисом — это самозапускающиеся двигатели. Здесь ротор представляет собой гладкий цилиндр, сделанный из кобальтовой стали с высокой коэрцитивной силой. Эти двигатели дороги и используются там, где требуется точная постоянная скорость. Обычно используются как серводвигатели.

Двигатель с возбуждением постоянным током

Здесь ротор возбуждается постоянным током, подаваемым непосредственно через контактные кольца.Также используются индукция переменного тока и выпрямители. Обычно они имеют большие размеры, например, более 1 лошадиных сил и т. Д.

Применение синхронных двигателей

Обычно синхронные двигатели используются в приложениях, где требуется точная и постоянная скорость. Эти двигатели с низким энергопотреблением включают в себя позиционирующие машины. Они также применяются в приводах роботов. В шаровых мельницах, часах, проигрывателях пластинок также используются синхронные двигатели. Кроме того, эти двигатели также используются в качестве серводвигателей и синхронизаторов.

Эти двигатели доступны в диапазоне от дробных подковообразных до мощных промышленных размеров. Хотя эти двигатели используются в промышленных масштабах большой мощности, они выполняют две важные функции. Один из них является эффективным средством преобразования энергии переменного тока в механическую энергию, а другой — коррекцией коэффициента мощности. С каким применением серводвигателя вы сталкивались?

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия, принцип действия, применение

Классификация двигателей основана на разных параметрах.По одному из них различают синхронный и асинхронный двигатель. Отличия инструментов, общие характеристики и принцип действия описаны в статье.

Синхронный двигатель

Этот тип двигателя способен работать одновременно и как генератор, и как, собственно, двигатель. По устройству он похож на синхронный генератор. Характерной особенностью двигателя является неизменная частота вращения от нагрузки.

Эти типы двигателей широко используются во многих областях, например, для электрических проводов, которым требуется постоянная скорость.

Принцип работы синхронного двигателя

В основе его работы лежит взаимодействие вращающегося магнитного поля якоря и магнитных полей полюсов индуктора. Обычно якорь располагается в статоре, а индуктор — в роторе. У мощных двигателей в качестве полюсов используются электромагниты, а у слабых — постоянные магниты.

Принцип работы синхронного двигателя включает в себя (кратко) и асинхронный режим, который обычно используется для разгона до необходимой (то есть номинальной) скорости вращения.В это время обмотки индуктора замкнуты накоротко или с помощью реостата. После достижения необходимой скорости на индуктор начинает подаваться постоянный ток.

Достоинства и недостатки

Основными недостатками этого типа двигателя являются:

• необходимость питания обмотки постоянного тока;
• сложность спуска;
• скользящий контакт.

Большинство генераторов, где бы они ни использовались, являются синхронными. Преимущества таких двигателей в целом:

• высочайшая надежность;
• самый высокий коэффициент полезного действия;
• простота обслуживания.

Двигатель асинхронный

Данный тип устройства представляет собой механизм, направленный на преобразование электрической энергии переменного тока в механическую. Из самого названия «асинхронный» можно сделать вывод, что это неодновременный процесс. Действительно, частота вращения магнитного поля статора всегда выше, чем поле ротора.
Такое устройство состоит из статора цилиндрической формы и ротора, в зависимости от типа асинхронных короткозамкнутых двигателей с фазным ротором.

Принцип работы

Двигатель работает на основе взаимодействия магнитного поля статора и токов, индуцированных этим же полем в роторе. Момент поворота возникает при разнице частоты вращения полей.

Давайте теперь резюмируем, чем синхронный двигатель отличается от асинхронного. Чем объясняется широкое применение одного типа и ограниченное — другого?

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия

Разница между работой двигателей заключается в роторе.В синхронном типе он состоит из постоянного или электрического магнита. Из-за притяжения противоположных полюсов вращающееся поле статора притягивает магнитный ротор. Скорость у них такая же. Отсюда и название — синхронный.

, в свою очередь, просты и надежны, но их недостатком является сложность регулировки скорости вращения.Чтобы реверсировать трехфазный асинхронный двигатель (т. Е. Изменить направление его вращения в противоположном направлении), меняют расположение двух фаз или двух линейных проводов, подходящих к обмотке статора.

Если рассматривать частоту вращения, то здесь различия синхронного и асинхронного двигателей. В синхронном типе этот показатель постоянный, в отличие от асинхронного типа. Поэтому первый используется там, где требуется постоянная скорость и полная управляемость, например, в насосах, вентиляторах и компрессорах.

Выявить по наличию того или иного прибора рассматриваемые типы приборов очень просто. На асинхронном двигателе не будет круглого числа оборотов (например, девятьсот тридцать в минуту), в то время как на синхронном двигателе будет круглое число (например, тысяча оборотов в минуту).

И те, и другие двигатели управляются достаточно сложно. Синхронный тип имеет жесткую характеристику механики: при любой переменной нагрузке на вал двигателя скорость вращения будет одинаковой.При этом нагрузка, конечно же, должна измениться с учетом того, что двигатель способен ее выдержать, иначе это приведет к поломке механизма.

Так устроен синхронно-асинхронный двигатель. Отличия обоих типов определяют сферу их использования, когда один вид справится с задачей оптимальным образом, для другого это будет проблематично. В то же время встречаются и комбинированные механизмы.

Преобразователи частоты для асинхронных двигателей: принцип действия и принцип действия

Сегодня в промышленности очень часто встречаются преобразователи частоты для асинхронных двигателей.Стоит отметить, что эти двигатели имеют в своей конструкции три обмотки, которые соединены по схеме «звезда» или «треугольник». Но у них есть один недостаток — регулировать частоту вращения ротора очень сложно. Но это было раньше. Теперь, когда на помощь приходит микро- и силовая электроника, эта задача упрощается. Вращение переменного резистора позволяет изменять скорость вращения в широком диапазоне.

Для чего нужен преобразователь частоты?

Функций у этого устройства много, но чаще всего используется небольшое количество.Фактически, чтобы управлять асинхронным двигателем, вы должны иметь возможность регулировать не только скорость вращения, но также время ускорения и замедления. Кроме того, любая система требует защиты. Необходимо, чтобы преобразователь частоты учитывал ток, потребляемый асинхронным двигателем.

Частое использование частоты в системах вентиляции. Несмотря на кажущуюся легкость крыльчатки вентилятора, нагрузки на ротор очень велики. И мгновенное ускорение невозможно. Также существуют ситуации, когда необходимо увеличить скорость вращения, чтобы воздушный поток становился больше или меньше.Но это всего лишь пример, преобразователь частоты часто используется в других системах. С помощью частотника можно синхронизировать скорость конвейера, который состоит из нескольких лент.

Как работает инвертор

В основе лежит микропроцессорное управление и несколько схем для преобразования переменного и постоянного напряжения. Несколько процессов происходят с напряжением, которое подается на вход питания устройства. Работа преобразователя частоты несложная, достаточно рассмотреть три шага.Сначала происходит выпрямление. Во-вторых, фильтрация. В-третьих, инвертирование — это преобразование постоянного тока в переменный.

Только на последнем этапе возможно изменение свойств и текущих параметров. Изменяя токовые характеристики, можно регулировать скорость вращения ротора асинхронного двигателя. В инверторном каскаде используются мощные сборки транзисторов. Эти элементы имеют три выхода — два силовых и один управляющий. Величина подаваемого на последний сигнала зависит от вольт-амперной характеристики на выходе частотника.

Как заменить инвертор?

Преобразователи частоты для асинхронных двигателей начали применяться сравнительно недавно. Но наука шла к ним постепенно, сначала скорость вращения ротора меняли с помощью шестерен или вариатора. Правда, это управление было очень громоздким, да и мощность привода тратилась на ненужные механизмы. Ременная передача помогала увеличить скорость вращения, но здесь было очень сложно указать конечный параметр. По этим причинам использование преобразователя частоты намного выгоднее, поскольку он позволяет избежать потери мощности.Но самое главное — дает возможность изменять параметры привода, не внося никаких изменений в механику.

Какой диск использовать дома?

Стоит отметить, что подключение возможно к сети одно- и трехфазного тока. Все зависит от конкретной модели ПЧ и, в частности, от того, какой тип инверторной схемы инвертора использовался в производстве. Чтобы понять принцип работы, достаточно взглянуть на устройство устройства.Самым первым узлом является выпрямитель, который собран на полупроводниковых диодах. Это мостовая схема для преобразования одно- или трехфазного переменного тока в постоянный. Для использования дома нужно выбирать те модели частотников, вход которых подключен к однофазной сети переменного тока. Выбор связан с тем, что проводить трехфазную сеть в частных домах проблематично, и это невыгодно, потому что необходимо использовать более совершенные счетчики электроэнергии.

Базовые узлы ПЧ

Немногое было сказано о том, что представляет собой схема преобразователя частоты. Но для детального изучения необходимо рассмотреть его более подробно. На первом этапе проводится преобразование — выпрямление переменного тока. Независимо от того, сколько фаз подано на вход (три или одна), на выходе выпрямителя вы получите постоянное униполярное (один плюс и один минус) напряжение 220 вольт. Так много между фазой и нулем.

Далее идет блок фильтров, который помогает избавиться от всех переменных выпрямленного тока. И на самом последнем этапе происходит инвертирование — от постоянного тока делают переменным с помощью силовых транзисторов, управляемых микроконтроллером. Как правило, преобразователи частоты для асинхронных двигателей имеют монохромный ЖК-дисплей, на котором отображаются необходимые параметры.

Могу я сам сделать устройство?

Изготовление данного устройства связано со многими трудностями.Вам необходимо изучить основы программирования микроконтроллеров, чтобы расширить возможности устройства. Важно учитывать все основные требования. Например, возможность автоматического аварийного отключения при превышении максимально допустимого тока, потребляемого двигателем. Для этого необходимо на выходе установить трансформаторы тока, которые будут вести постоянный мониторинг. Также должно быть предусмотрено активное и пассивное охлаждение всех силовых элементов системы — диодов и транзисторов, а также отключение устройства при чрезмерном нагреве.