Parus16.ru

Парус №16
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрические генераторы

Электрические генераторы

Электрические генераторы

Генераторы — электрические машины производящие электроэнергию

Электрогенераторы — это электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую энергию.

Действие электрических генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила — ЭДС .

Электрические генераторы могут производить как постоянный , так и переменный ток . Слово генератор (generator) переводится с латыни как производитель.

Известными поставщиками генераторов на мировой рынок являются такие компании как: Mecc Alte , ABB , General Electric (GE) , Siemens AG .

Электрические генераторы постоянного тока

Долгое время электрические генераторы постоянного тока были единственными типом источника электроэнергии.

В обмотке якоря генератора постоянного тока индуктируется переменный ток, который преобразуется в постоянный ток электромеханическим выпрямителем — коллектором. Однако процесс выпрямления тока коллектором связан с повышенным износом коллектора и щеток, особенно при большой частоте вращения якоря генератора.

1– коллектор; 2 – щетки; 3 – магнитные полюса; 4 – витки; 5 – вал; 6 – якорь

Генераторы постоянного тока различают по характеру их возбуждения — независимого возбуждения и самовозбуждением. В генераторах с электромагнитным возбуждением обмотка возбуждения, располагаемая на главных полюсах, подключается к независимому источнику питания. Генераторы с магнитоэлектрическим возбуждением возбуждаются постоянными магнитами, из которых изготовляются полюсы машины. Генераторы постоянного тока находят применение в тех отраслях промышленности, где по условиям производства предпочтительным является постоянный ток — на предприятиях металлургической и электролизной промышленности, на транспорте, судах и др. Генераторы постоянного тока используются на электростанциях в качестве возбудителей синхронных генераторов и источников постоянного тока .

Мощность генераторов постоянного тока может достигать десятка мегаватт.

Генераторы переменного тока

Генераторы переменного тока позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении. В настоящее время имеется несколько типов индукционных генераторов.

Они состоят из электромагнита или постоянного магнита, создающие магнитное поле, и обмотки, в которой индуцируется переменная ЭДС. Так как ЭДС, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока через каждый виток. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, — в пазах другого. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором.

Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим. Этим обеспечивается наибольшее значение потока магнитной индукции. В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными.

Подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходится при помощи скользящих контактов. Для этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки. Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том же валу.

В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны. Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.

Читайте так же:
Внимание данных прочитано сервер закрыл соединение

Обмотки возбуждения синхронных генераторов бывают двух типов: с явнополюсными и неявнополюсными роторами. В генераторах с явнополюсными роторами полюса, несущие обмотки возбуждения, выступают из индуктора. Генераторы такого типа рассчитаны на сравнительно низкие частоты вращения, для работы с приводом от поршневых паровых машин, дизельных двигателей, гидротурбин. Паровые и газовые турбины используются для привода синхронных генераторов с неявнополюсными роторами. Ротор такого генератора представляет собой стальную поковку с фрезерованными продольными пазами для витков обмотки возбуждения, которые обычно выполняются в виде медных пластин. Витки закрепляются в пазах, а поверхность ротора шлифуется и полируется для снижения уровня шума и потерь мощности, связанных с сопротивлением воздуха.

Обмотки генераторов по большей части делают трехфазными — на выходных зажимах генератора вырабатываются три синусоидальных напряжения переменного тока, поочередно достигающих своего максимального амплитудного значения. В механике редко встречается подобное сочетание движущихся частей, которые могли бы порождать энергию столь же непрерывно и экономично.

Мощные синхронные генераторы охлаждаются водородом . Современный генератор электрического тока — это внушительное сооружение из медных проводов, изоляционных материалов и стальных конструкций. При размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготовляются с точностью до миллиметра.

Авиационные бесконтактные генераторы и бесконтактные вентильные электродвигатели , страница 16

Еще одна модификация генератора комбинированного возбуждением может быть получена, если в генераторе с когтеобразными (полюсами и внешнезамкнутым потоком поместить |между шайбами ротора кольцевой магнит с осевым намагничиванием. При обесточенных обмотках основной магнитный поток замыкается так же, как на Рисунке 32а, а корпус выпол­няет роль наружного магнитного шунта.

Рисунок 38 — Генератор с постоянным магнитом на роторе (а) и магнитами на ста­торе (б) с внешнезамкнутым потоком подмагничивания

При увеличении тока в обмотках генератор переходит в режим смешанного возбужде­ния, когда часть рабочего потока создается магнитом, а часть — обмотками0. Недостаток генератора —большая масса и повышенное рассеяние из-за на­личия наружного магнитопровода.

Более — надежным является генератор комбинированного воз­буждения свнешнезамкнутым магнитопроводом и постоянными магнитами на статоре, приведенная на Рисунке 32,6, для двухполюсного исполнения. Призматические постоянные магниты 1 на­магничены радиально и создают МДС FM, складывающуюся последовательно с МДС обмотки возбуждения (подмагничивания) 3. Ротор выполнен и пиле правого 7 и левого 9 ферромаг­нитного блоков (полувалом) с аксиальными выступами, разделенными немагнитной прокладкой 8. Под действием суммарной МДС создается поток Фа, магнитная линия которого, по­казанная пунктиром, замыкается так: магнит 1 кольцо 2 корпус 4 дополнительный зазор 6I — полувал 7 — рабочий зазор б — пакет якоря 5 — зазор 8 полувал 9 — дополнительный зазор б2 — кольцо 10 магнит. Поскольку выступы полувалов приобретают противоположную магнитную, полярность, при вращении ротора наводится ЭДС в якорной обмотке 6. Меняя Fп, т. е. создавая по отношению к МДС магнитов некоторую дополнительную раз­магничивающую МДС или намагничивающую МДС, можно изменять и магнитный поток .

При последовательном включении МДС магнитов и обмотки подмагничивания облегчаются условия самовозбуждения генера­тора, так как при обесточенной обмотке значительная часть по­тока магнитов направляется в рабочий зазор, а не шунтируется, как при параллельном включении подмагничивающего звена. Од­нако обмотка в этом случае должна развивать повышенную МДС, поскольку создаваемый ею поток проходит через постоянные магниты с большим магнитным сопротивлением. Потери в подмагничивающей обмотке из-за этого возрастают. Из-за сложной конфи­гурации цепи потоки рассеяния магнитов будут значительными. Возможно создание подмагничивающего звена на переменном токе. Подмагничивающая обмотка при этом выполняется распределенной с теми же числами фаз и полюсов, что и якорная обмотка и подключается через регулятор к якорной цепи. Поэтому подмагничивающий поток вращается синхронно с ротором, содержащим основной магнитоэлектрический индуктор. Этот поток че­рез дополнительный зазор с помощью несложных конструктивных приемов направляется в рабочий зазор. Регулирование суммарного магнитного потока в рабочем зазоре такой машины может обеспечиваться не только изменением тока подмагничивания, но и его фазы, а также путём фиксируемого поворота подмагничивающей обмотки в пределах одного полюсного деления.

Читайте так же:
Дробь в другую сторону на клавиатуре

1.15 ИНДУКТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С КОМБИНИРОВАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

В высокоскоростных установках могут использоваться индук­торные генераторы с комбинированным возбуждением. Наиболее просто они реализуются путем добавления постоянных магнитов к известным конструкциям индукторных генераторов.

В качестве примера на Рисунке 32,а приведен поперечный раз­рез индукторного генератора у которого и полостях между выступами ротора помещены призматические постоянные магниты ПМ, прикрепленные к ротору с помощью

Рисунок 39.Генератор с постоянными магнитами между роторными выступами (а) и генератор с постоянными магнитами и индуктор­ным подмагничивающим звеном (б)

заливки немагнитным сплавом. Наружные поверхности ПМ имеют полярность, противоположную одноименной полярности роторных выступов. Основная часть маг­нитных линий потока постоянных магнитов Фм замыкается в по­перечной плоскости, складываясь с потоком Фц в роторных выступах от обмотки возбуждения. Некоторая часть Фм замыкается в продольном направлении через втул­ку ротора, дополнительный зазор бДОп и корпус, причем при согласном направлении поперечных потоков Фм и Фв в рабочем зазоре их направления во втулке и корпусе противоположны, что обеспечивает уменьшение неиспользуемой постоянной составляющей потока.. Другой вариант реализации той же идеи, но с увеличенной ролью постоянных магнитов, иллюстрируется на Рисунке 32 ,б Здесь постоянные магниты (ПМ) выполнены в виде автономного блока на poторе, идентичного одной из известных конструкций ротора с ИМ, а индукторное подмагничивающее звено , создающее подмагничивающий поток Ф„ примыкает к постоянным магнитам. Число выступов В на роторе вдвое меньше числа ПМ, поскольку все выступы имеют одинаковую магнитную полярность.

Более рациональна конструкция индукторного генератора с комбинированным возбуждением, приведенная на Рисунке 33

Рисунок 40 — Индукторный гене­ратор с кольцеобразным посто­янным магнитом

Рисунке 41приведен эскиз однопакетного индуктор­ного генератора с односторонним комбинированным возбужде­нием.

Рисунок 41 Генератор комби­нированного возбуждения с последовательным включе­нием МДС

Генераторы с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением

Возникает вопрос, как подключить генератор? Для того чтобы суметь возбудить ген, без использования АКБ, рекомендуется тщательно изучить схему и принцип функционирования генов различных модификаций.

Также важно понимать, зачем нужен ген, что он делает конкретно. Иначе говоря, ген – это электромашина, служащая для преобразования механической энергии в электроток. Благодаря гену происходит обратная зарядка батареи и обеспечение всех электрических потребителей, находящихся в рабочем положении, током.

Ген расположен в передней части двигателя, а приводится в движение от кривошипного вала. На автомобилях-гибридах ген осуществляет работу стартера. Примечательно, что такая же схема наблюдается и в некоторых «полноценных» автомобилях, оснащенных конструкцией стоп-старт.

Становится ясно, что автомобильные гены могут иметь две схемы, два конструктивных вида. Их отличие в разнице компоновки вентилятора, выпрямительного блока и приводного шкива. Также генераторы с разной схемой отличаются геометрическими размерами.

Общие параметры обоих типов генераторов остаются неизменными. Любой ген должен иметь в своем составе ротор или индуктор, статор и другие части.

Читайте так же:
Забыл пароль от ноутбука lenovo

Рассмотрим схему автогенератора отечественной «классики». Такой ген ставился практически на все модели старых отечественных машин.


Теперь рассмотрим другую схему, более современную. В частности, она используется на «восьмерке» и других автомоделях от ВАЗ.


А это схема, как соединяется ген и, собственно, как он функционирует.


Схема 5

Основной функцией ротора гена является создание магнитполя. Для этого на валу имеется обмотка или ВО (возбудитель). ВО расположен на клювах или выступах полюсных половинок. На валу также предусмотрена контактная группа, состоящая из 2-х медных колец. Через них идет напряжение на ВО. Кольца припаиваются к выводам ВО.

Примечание. Довольно редко, но все же, могут встречаться не медные, а стальные или латунные кольца.

Кроме того, на роторном валу нашли место для крыльчаток вентилятора (кол-во их зависит от конструкции модели). В этом же месте зафиксирован бывает ВПД (шкив приводной).

Еще один узел ротора – подшипники.

Что касается статора, то он выполняет функцию создания переменного напряжения. В нем нашли место сердечник и обмотка. Металлический сердечник собран из пластин.


Обмотка статора

В статоре бывает 36 пазов, служащих для укладывания обмотки. Всего получается устанавливать три обмотки, тем самым, обеспечивая 3-фазное соединение.

Интересно, что помещают обмотки в выемки двумя путями – волной либо петлей. А взаимосоединяются обмотки либо по схеме «звездочка», либо — «треугольник».


Выпрямительный блок

Выпрямительный блок или ВБ необходим для перестройки значений тока, производимого геном. Он преобразует синусоидальный ток в постоянный автомобильной бортовой сети.

ВБ – это просто пластины, траки, эффективно отводящие тепло. В них вмонтированы диоды. ВБ содержит 6 силовых диодов-полупроводников. На каждую фазу идет по два диода, естественно, один на плюс, а другой – на минусовой вывод гена.

Щетки – это узел, обеспечивающий токопередачу на контактные кольца. Щеточный узел состоит из графитовых элементов, собственно самих щеток, пружин-прижимателей и держателя. В генах современного типа щеточный узел создает вместе с регулятором (шоколадкой) единый блок.

Таблетка – предназначена поддерживать ток гена в определенных значениях. Современные регуляторы бывают электронными (едиными) или гибридными. Если в ходу гибридное исполнение, то в схему внедряются радиокомпоненты и электроприборы, если интегральное (единое) – все элементы исполнены с помощью ТМТ (микроэлектроники).

Генераторный привод функционирует за счет вращения ременной передачи. Тем самым, он обеспечивает индуктору вращение с той скоростью, которая необходима (она, как известно, должна превышать скорость вращения кривошипного вала в несколько раз).

Итак, на большинстве моделей генов ВО подключается через отдельную группу, состоящую из 2-х диодов. Последние еще называют выпрямителями, они препятствуют прохождению напряжения разряда АКБ при стоячем ДВС.

Примечание. Если обмотки соединены по схеме «звездочка», то на нулевом выводе ставится 2 добавочных диода силового типа, что позволяет увеличить мощность гена аж на 15%. ВБ монтируется в схему гена посредством электропайки или механической фиксации.

Регулятор или таблетка в генераторе – штука важнейшая. Именно она в ответе за стабилизацию напряжения. А это, как известно, очень требуется при изменениях частоты вращения кривошипного вала и ДВС. Стабилизация шоколадкой производится на автомате, путем воздействия на ВО. Таким образом, таблетка управляет и частотой сигналов напряжения, и продолжительностью импульсов.

Интересный момент. Таблетка изменяет ток, идущий для зарядки АКБ за счет термокомпенсации напряжения. Другими словами, чем становится теплее вокруг, тем меньше тока идет к батарее.

Читайте так же:
Вай фай ловит но не подключается

Устройство и принцип работы

В основе действия генератора лежит принцип, вытекающий из закона электромагнитной индукции. Если между полюсами постоянного магнита поместить замкнутый контур, то при вращении он будет пересекать магнитный поток (см. рис. 1). По закону электромагнитной индукции в момент пересечения индуцируется ЭДС. Электродвижущая сила возрастает по мере приближения проводника к полюсу магнита. Если к коллектору (два жёлтых полукольца на рисунке) подсоединить нагрузку R, то через образованную электрическую цепь потечёт ток.

Принцип действия генератора постоянного тока

Рис. 1. Принцип действия генератора постоянного тока

По мере выхода витков рамки из зоны действия магнитного потока ЭДС ослабевает и приобретает нулевое значение в тот момент, когда рамка расположится горизонтально. Продолжая вращение контура, его противоположные стороны меняют магнитную полярность: часть рамки, которая находилась под северным полюсом, занимает положение над южным магнитным полюсом.

Величины ЭДС в каждой активной обмотке контура определяются по формуле: e1 = Blvsinw t; e2 = -Blvsinw t; , где B – магнитная индукция, l – длина стороны рамки, v – линейная скорость вращения контура, t – время, w t – угол, под которым рамка пересекает магнитный поток.

При смене полюсов меняется направление тока. Но благодаря тому, что коллектор поворачивается синхронно с рамкой, ток на нагрузке всегда направлен в одну сторону. То есть рассматриваемая модель обеспечивает выработку постоянного электричества. Результирующая ЭДС имеет вид: e = 2Blvsinw t, а это значит, что изменение она подчиняется синусоидальному закону.

Строго говоря, данная конструкция обеспечивает только полярность неподвижных щеток, но не устраняет пульсации ЭДС. Поэтому график сгенерированного тока имеет вид, как показано на рис.2.

График тока, выработанного примитивным генератором

Рисунок 2. График тока, выработанного примитивным генератором

Такой ток, за исключением редких случаев, не пригоден для использования. Приходится сглаживать пульсации до приемлемого уровня. Для этого увеличивают количество полюсов постоянных магнитов, а вместо простой рамки используют более сложную конструкцию – якорь, с большим числом обмоток и соответствующим количеством коллекторных пластин (см. рис. 3). Кроме того, обмотки соединяются разными способами, о чём речь пойдёт ниже.

Ротор генератора

Рис. 3. Ротор генератора

Якорь изготавливается из листовой стали. На сердечниках якоря имеются пазы, в которые укладываются несколько витков провода, образующего рабочую обмотку ротора. Проводники в пазах соединены последовательно и образуют катушки (секции), которые в свою очередь через пластины коллектора создают замкнутую цепь.

С точки зрения физики процесса генерации не имеет значения, какие детали вращаются – обмотки контура или сам магнит. Поэтому на практике якоря для маломощных генераторов делают из постоянных магнитов, а полученный переменный ток выпрямляют диодными мостами и другими схемами.

И напоследок: если на коллектор подать постоянное напряжение, то генераторы постоянного тока могут работать в режиме синхронных двигателей.

Что такое самовозбуждение в генераторе переменного тока?

1. Железный сердечник ротора обладает некоторым остаточным магнетизмом, но его обычно недостаточно, чтобы в статарной обмотке начал генерироваться ток. Однако, даже если пропустить через обмотку возбуждения генератора ток сигнальной лампочки разряда аккумулятора мощностью всего лишь 2.2 Вт, то этого окажется достаточно для возбуждения требуемого магнитного поля.

2. Эта лампочка также сигнализирует о том, что на аккумулятор не поступает напряжение подзарядки. Она загорается при включении зажигания и горит до тех пор, пока не начнет вращаться генератор. При этом с обмоток статора через диоды пойдет ток на обмотку возбуждения ротора, разность напряжений между контактами лампочки пропадет и лампочка погаснет. Это произойдет в предположении, что на обмотку возбуждения подается со статора напряжение, примерно равное напряжению аккумулятора.

Читайте так же:
Введите пин код указанный на наклейке маршрутизатора

На рис. 3.15 показана принципиальная схема генератора с самовозбуждением. Она отличается по внешнему виду от схемы с внешним возбуждением наличием в ней девяти диодов.

3. В схемах автомобильного электрооборудования обычно параллельно сигнальной лампочке устанавливают еще и резистор с постоянным сопротивлением, так что ток не обмотку возбуждения при пуске двигателя будет поступать всегда, даже в случае, если лампочка перегорела.

4. При работе генератора весь необходимый ток возбуждения снимается с его статарной обмотки отсюда и происходит термин «самовозбуждение». Ток аккумулятора используется только для того, чтобы началась генерация.

Рис. 3.15. Генератор переменного тока с самовозбуждением.

Основное про эффект возбуждения

Как известно, вольтаж, формируемый геном на различных оборотах двигателя, регулируется посредством обмоток возбуждения. Ток поддерживается на постоянном вольтаже – 13,8-14,2 V.

Чтобы обеспечивать автомобильную систему (многочисленные потребители) током, предусмотрен регулятор или РН. Он бывает на отечественных автомобилях и некоторых иномарках, как правило, встроен внутрь генератора. В обиходе такой регулятор называется шоколадкой, таблеткой и т.д.

Ген связан с плюсовым зажимом АКБ через вывод «30». Его также называют плюсом, «В» или «ВАТ». Что касается отрицательного вывода, то он обозначается, как «31» или минус. Также в обиходе встречаются другие его обозначения: «D», «В-» и т.д. Клемма таблетки, используемая для подачи питания от автомобильной сети при включенном зажигании – вывод «15» или «S». Наконец, вывод, рассчитанный для подавания тока на поверочную лампу зарядки, обозначается, как «61» или «D+».


Регулятор напряжения или шоколадка

Если прекращается подзарядка АКБ, то это в большинстве случаев свидетельствует о порче шоколадки. Однако здесь не стоит отчаиваться, ведь достаточно будет подать напряжение на обмотки, т.е, возбудить генератор, чтобы доехать до магазина или ближайшего СТО.

Итак, чтобы доехать до нужного места, не подвергая АКБ глубокому разряду, надо снять шоколадку и возбудить ген.

Разработка генератора на постоянных магнитах для автономных источников питания

Ведется разработка и изготовление опытных образцов генератора малой мощности (3 кВт) с возбуждением от постоянных магнитах. Генератор предназначен для эксплуатации в составе мобильных дизель-генераторных установках на базе двигателей HATZ1820 и YanmarL48N. В конструкции оптимизированы линейные размеры, что позволяет выполнить генератор без собственных подшипниковых опор с консольным способом установки на приводной двигатель, что в свою очередь снижает масса-габаритные характеристики ДГУ в целом.

Разработка генератора на постоянных магнитах для автономных источников питания

Разработка генератора на постоянных магнитах для автономных источников питания

Разработка генератора на постоянных магнитах для автономных источников питания

Наименование параметра

Величина

Значение

Номинальная мощность, не менее

Действующее значение фазного напряжения

Номинальная частота вращения

Несимметрия фазных напряжений, не более

Число пар полюсов

Схема соединения обмоток

Примечание:
Предназначен для применения совместно с дизельными установками Hatz 1b20 (Германия) и Yanmar L48N (Япония), также может быть интегрирован с отечественными дизельными установками.

Опыт реализации генераторов для систем автономного питания

Кроме указанной разработки, специалисты НТЦ «Систэм» обладают практическим опытом реализации генераторов для систем автономного питания схожей характеристики (номинальной мощностью до 10 кВт) на базе других типов электрических машин, в частности, на базе вентильно-индукторной ЭМ.

«Вентильно-индукторный генератор»

Генератор предназначен для работы в качестве источника электроэнергии постоянного тока напряжением 27,5 В и номинальной мощностью 6 и 8 кВт соответственно.

Генератор представляет собой бесконтактную 18 (15) фазную электрическую машину с электромагнитным возбуждением со встроенным выпрямительным блоком и регулятором выходного напряжения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector