Устройство и принцип работы синхронного генератора: Что представляет собой синхронный генератор

Что представляет собой синхронный генератор

Задача генератора – преобразование механической вырабатываемой энергии в электрическую. Работа его двигателя основана на следующем принципе: топливо впрыскивается в цилиндр двигателя и, сгорая, трансформируется в газообразную смесь, которая расширяется и выталкивает поршень. Тот, в свою очередь, заставляет двигаться коленчатый вал, а он уже вращает ведущий. Чем больше поршней, тем быстрее скорость вращения вала. На этой стадии и происходит выработка механической энергии, преобразовываемой в электричество по закону Фарадея.

Устройство генератора

В основу любого генератора заложены два элемента:

• статор – неподвижная деталь, состоящая из медных обмоток, уложенных в пазы вокруг сердечника, представляющего собой комплект пластин из мягкой стали. В однофазном генераторе – одна обмотка, в трехфазном − три;
• ротор – вращающаяся часть, включает механизм образования магнитного поля. В бытовых генераторах обычно применяется двухполюсный ротор. Обмотка соединяется с питающим ее блоком управления (AVR) посредством двух щеточных узлов. Ротор в совокупности с обмоткой составляют индуктор.

В синхронном агрегате частота вращения, которую создает статор магнитного поля, совпадает с частотой роторного вращения.

Принцип работы

Синхронный генератор функционирует следующим образом: магнитное поле при вращении ротора пересекает статорные обмотки, чем возбуждает в них переменное напряжение. Когда подключается нагрузка в виде потребителей, в цепи появляется переменный ток. От скорости, с которой вращается ротор, непосредственно зависит напряжение, частота тока.

Электронагрузка на синхронный агрегат прямо пропорциональна нагрузке на вал двигателя, что способно повлечь изменение частоты вращения ротора, показателя напряжения. Избежать колебаний помогает блок управления, который в автоматическом режиме регулирует ток в обмотке ротора путем влияния на магнитное поле. В асинхронном генераторе электрическая связь с ротором отсутствует, поэтому параметры напряжения и тока искусственно не регулируются.

Преимущества синхронного генератора

Основным преимуществом является стабильность выходного напряжения. У асинхронных аппаратов данный показатель может существенно колебаться.

Синхронный генератор не боится повышенной нагрузки, создаваемой при подключении его во время работы энергоемкого потребителя (нагрузка переходного режима), поскольку сам является источником реактивной мощности. Асинхронные генераторы для этого снабжаются пусковыми конденсаторами.

Синхронный генератор не слишком восприимчив к перегрузкам в процессе работы благодаря системе авторегулирования.

Щеточные и бесщеточные

Щетки представляют собой скользящие контакты − токосъемы, которые прижаты к коллектору. От их качества напрямую зависит вырабатываемое напряжение. Длительная работа при больших перегрузках приводит к «выгоранию» щеток. После замены необходим небольшой период «обкатки», прежде чем подавать полную нагрузку на генератор. Наиболее долговечны и устойчивы к перегрузкам медно-графитовые щетки.

Синхронный генератор может быть бесщеточным при условии, что ток в роторе создается магнитным полем, исходящим от основной, а также от дополнительной статорной обмотки (либо только от дополнительной). То есть схема альтернатора более сложная, чем у щеточных. Преимуществом является отсутствие необходимости замены угольных компонентов (в некоторых моделях – каждые 100 часов работы), а также нет пыли от их износа, которая часто является причиной электрических пробоев.

Выбор в пользу синхронного генератора следует делать, если потребители требовательны к качеству выходного тока. Например, такой тип подойдет для обеспечения резервной электроэнергией загородного дома, где установлены различные типы чувствительных приборов.

Принцип работы синхронного генератора

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
• Описание прибора
• Принцип работы агрегата
• Трехфазное устройство
• Структуры возбуждения
• Разновидности агрегатов
• Принцип действия синхронного трёхфазного генератора

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:

• 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.

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.

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.

Принцип действия синхронного трёхфазного генератора

Универсальный синхронный трёхфазный генератор представлен в виде специфического механизма переменного тока, который призван преобразовывать определённый тип энергии в электричество.

Именно этот агрегат отвечает за работоспособность солнечных батарей, электростатических машин, а также гальванических элементов.

На практике использование этих устройств определяется исключительно техническими характеристиками.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 5 чел.
Средний рейтинг: 3.2 из 5.

Конструкция, принцип работы и характеристики

В предыдущей статье мы обсуждали генератор постоянного тока, работающий по закону электромагнитной индукции Фарадея. Точно так же асинхронный двигатель также работает по тому же принципу, но единственная разница в том, что этот генератор выдает трехфазное выходное напряжение переменного тока от обмоток статора, тогда как генератор постоянного тока дает выходное напряжение постоянного или одиночного постоянного тока. Первый синхронный генератор был использован в 1870 году, когда дуговая лампа была изобретена П. Н. Яблочкова, которую называют свечой Яблочкова.

Определение: Синхронная машина, работающая как генератор, называется синхронным генератором и также называется генератором переменного тока. Основной функцией этого генератора является частая генерация тока промышленной частоты путем преобразования механической энергии основного двигателя в электрическую энергию переменного тока с определенной частотой и напряжением. Эти генераторы используются в энергетике в теплоэнергетике, гидроэнергетике, а также в атомной и дизельной электроэнергетике.

синхронный генератор

Эти генераторы применимы для ветряных турбин с изменяемой скоростью из-за меньшего количества вращающихся синхронных скоростей. На частоте сети они генерируют напряжение, и им не требуется машина управления шагом. Эта машина увеличит стоимость турбины и создаст давление как на генератор, так и на турбину. Работа этих генераторов с переменной скоростью будет производить мощность с переменной частотой, а также с переменным напряжением.

Строительство

Ниже показана конструкция синхронного генератора . Основные части этого двигателя в основном включают статор, а также ротор. Но в большинстве этих генераторов возбудители возбуждения вращаются, а катушка якоря будет неподвижной.

строительство синхронных генераторов

а). Статор

В отличие от машины постоянного тока, статор этого генератора не используется для подачи магнитного потока. В качестве альтернативы статор используется для удержания обмотки якоря. Сердечник статора может быть изготовлен из магнитного сплава железа или стали для уменьшения потерь на вихревые токи

• В синхронном генераторе обмотка якоря неподвижна из-за простой неподвижной изоляции обмотки якоря при высоких напряжениях, которые могут достигать 30 кВ и выше.
• Выход высокого напряжения поступает непосредственно от неподвижного якоря, тогда как для вращающегося якоря при высоких напряжениях возникает огромное падение щеточного контакта, а также происходит вспышка на поверхности щетки.
• Обмотка возбуждения может быть размещена внутри ротора, а низкое постоянное напряжение надежно передается.
• Обмотка якоря может быть хорошо закреплена, чтобы предотвратить деформацию, вызванную высокой центробежной силой.

б). Ротор

В синхронном генераторе используются два типа роторов, а именно явного типа и цилиндрического типа.

• Ротор с явными полюсами может использоваться в генераторах переменного тока с низкой и средней скоростью. По типу он включает большое количество выступающих полюсов, прикрепленных к магнитному колесу. Они закрыты для уменьшения потерь на вихревые токи. Эти роторы имеют большие диаметры и короткие длины волн.
• Цилиндрические роторы в основном используются в высокоскоростных генераторах переменного тока, таких как турбогенераторы. Этот ротор включает в себя как плоский, так и сплошной стальной цилиндр с прорезями и внешней периферией. Эти пазы состоят из обмоток возбуждения.

Принцип работы

Принцип работы синхронного генератора такой же, как у генератора постоянного тока. Он использует закон электромагнитной индукции Фарадея. Этот закон гласит, что когда поток тока индуцируется внутри проводника в магнитном поле, тогда будет относительное движение проводника, а также магнитного поля.

В синхронном генераторе магнитное поле неподвижно, и проводники будут вращаться. Однако в практической конструкции проводники якоря неподвижны, и между ними будут вращаться магниты возбуждения.

Ротор синхронного генератора может быть механически прикреплен к валу, чтобы вращаться с синхронной скоростью (Нс) под действием некоторой механической силы, что приводит к срезанию магнитного потока в неподвижных проводниках якоря статора. Из-за этого резания прямого потока в проводниках якоря будут возникать ЭДС индукции и протекание тока. Для каждой обмотки будет протекать ток в первом полупериоде, а затем во втором полупериоде с определенной временной задержкой 120°.

Уравнение ЭДС синхронного генератора

Уравнение ЭДС этого генератора показано ниже.

Eph = 4,44 Kc KdΦfTph Вольт

Где,

‘P’ — число полюсов
‘ϕ’ — поток для каждого полюса в Веберсах
‘N’ — скорость в об/мин (оборотов в минуту) ‘f’
— частота в Гц
«Tph» — количество витков, соединенных последовательно на фазу
«Kc» — коэффициент пролета катушки
«Kd» — коэффициент распределения катушки

Характеристики синхронного генератора

Нагрузочные характеристики синхронного генератора показаны ниже. Когда скорость и ток возбуждения постоянны, тепловое напряжение будет изменяться вместе с током нагрузки внутри якоря. Характеристики нагрузки можно определить как основное соотношение между током нагрузки и тепловым напряжением синхронного генератора.

характеристики синхронного генератора

По мере увеличения тока якоря напряжение на клеммах падает из-за сопротивления, а также реактивного сопротивления в обмотке якоря и реакции якоря.
Ниже показано графическое представление характеристик нагрузки.

Возбуждение

Возбуждение синхронного генератора может быть определено как сборка потока через протекающий ток внутри обмотки возбуждения. Система возбуждения — это система, которая используется для возбуждения синхронной системы. Постоянный ток необходим для возбуждения обмотки возбуждения ротора внутри машины. Источник постоянного тока может подаваться на поле ротора крошечной машины через генератор постоянного тока, известный как возбудитель. Мини-генератор постоянного тока, такой как пилотный генератор, обеспечивает питание возбудителя. И возбудитель, и пилотный возбудитель расположены на главном валу генератора.

Выход постоянного тока главного возбудителя может подаваться на обмотку возбуждения в машине через токосъемные кольца и щетки. В небольших генераторах пилотный возбудитель исключен.

Применение синхронного генератора

Применение синхронного генератора включает следующее.

•  Используется в системах, где необходима стабильная скорость.
• Используется для сохранения коэффициента мощности (PF) системы.
• Используется на электростанциях из-за стабильной частоты.

Итак, это все обзор генератора переменного тока или синхронного генератора. Альтернативное название этого генератора — генератор переменного тока, и его основная функция — изменить мощность с механической на электрическую. Электроснабжение, которое используется в домах, в основном вырабатывается этим генератором. Вот вопрос к вам, в чем преимущества синхронного генератора?

Принцип работы синхронного генератора или генератора переменного тока

11 июня 2022 г. 10 августа 2014 г.

           Известно, что электроснабжение, используемое в настоящее время в коммерческих, а также в бытовых целях, имеет переменный тип. Подобно машинам постоянного тока, машины переменного тока , связанные с переменным напряжением, также классифицируются как генераторы и моторы.

             Машины, генерирующие ЭДС переменного тока, называются генераторами переменного тока или синхронными генераторами . В то время как машины, принимающие вход от источника переменного тока для создания механического выхода, называются синхронными двигателями. Обе эти машины работают с определенной постоянной скоростью, называемой синхронной скоростью, и поэтому их обычно называют 9.0005 синхронные машины .

Разница между генератором постоянного тока и генератором переменного тока:

          Видно, что в случае генератора постоянного тока, в основном, характер ЭДС индукции в проводниках якоря носит переменный характер. С помощью коммутатора и щеточного узла он преобразуется в постоянный ток и становится доступным для внешней цепи.

        Если коммутатор отсоединить от генератора постоянного тока, а ЭДС индукции снимается с якоря непосредственно снаружи, то характер такой ЭДС будет переменным. Такая машина без коммутатора, создающая ЭДС переменного тока во внешней цепи, называется 9-ступенчатой.0005 генератор .

Настоящий учебник «Электрические машины П.С. Бхимбра» является лучшим в отрасли. Возьмите его сейчас по очень низкой цене.

Конструкция синхронного генератора или генератора переменного тока:

           В синхронном генераторе или генераторах переменного тока неподвижная обмотка называется «статором», а вращающаяся обмотка называется «ротором».

Статор:

Статор синхронного генератора представляет собой стационарный якорь. Он состоит из сердечника и пазов для удержания обмотки якоря, аналогично якорю генератора постоянного тока. Сердечник статора имеет многослойную конструкцию. из специальных стальных штамповок, изолированных друг от друга лаком или бумагой. Ламинированная конструкция в основном предназначена для снижения потерь на вихревые токи.

        Обычно в качестве материала выбирают сталь, чтобы снизить потери на гистерезис. Весь сердечник изготовлен в каркасе из стальных пластин. Сердечник имеет пазы на периферии для размещения проводников якоря. Каркас не пропускает флюс и служит опора к сердечнику. Вентиляция поддерживается с помощью отверстий, отлитых в раме.

Ротор:

В синхронных генераторах или генераторах переменного тока используются два типа роторов:

1) Ротор с явно выраженными полюсами

2) Гладкий цилиндрический ротор

1) Ротор с явно выраженными полюсами:

                 .Полюса состоят из толстых стальных пластин.Полюса прикручены к ротору болтами, как показано на рисунке.Полюсу придана особая форма. Обмотка возбуждения расположена на полюсном башмаке.Эти роторы имеют большие диаметры и небольшие осевые длины.

            Ограничивающим фактором для размера ротора является центробежная сила, действующая на вращающийся элемент машины. Поскольку механическая прочность явнополюсного типа меньше, он предпочтителен для низкоскоростных генераторов переменного тока в диапазоне от 125 до 50 об/мин. двигатели.

2) Гладкий цилиндрический ротор:

        Он также называется невыступающим ротором типа или невыступающим полюсом типа или круглым ротором. Этот ротор состоит из гладкого твердого стального цилиндра, имеющего ряд пазов для размещения катушки возбуждения. Эти пазы закрыты на верх с помощью стальных или марганцевых клиньев. Части самого цилиндра без прорезей действуют как полюса. Полюса не выступают наружу, а поверхность ротора гладкая, что обеспечивает равномерный воздушный зазор между статором и ротором.

Эти роторы имеют небольшие диаметры и большие осевые длины. Это должно сохранить периферическую скорость в пределах. Основное преимущество этого типа состоит в том, что они механически очень прочные и, следовательно, предпочтительнее для высокоскоростных генераторов . от 1500 до 3000 об/мин. Такие высокоскоростные генераторы переменного тока называются «турбогенераторами». Первичными двигателями, используемыми для привода такого типа роторов, обычно являются паровые турбины или электродвигатели.

Принцип работы синхронного генератора:

       Генераторы работают по принципу электромагнитной индукции . При относительном движении между проводниками и потоком в проводниках индуцируется ЭДС. Генераторы постоянного тока также работают по тому же принципу. Единственная разница между практическим синхронным генератором и генератором постоянного тока заключается в том, что в генераторе переменного тока проводники неподвижны, а поле вращается. Но для понимания цели мы всегда можем рассматривать относительное движение проводников относительно потока, создаваемого обмоткой возбуждения.

                Рассмотрим относительное движение одиночного проводника в магнитном поле, создаваемом двумя неподвижными полюсами. Магнитная ось двух полюсов, создаваемых полем, вертикальна, как показано пунктиром на рисунке ниже.

                 Следовательно, проводник не перерезает силовые линии. Значит, d@/dt в этот момент равно нулю и, следовательно, ЭДС индукции в проводнике также равна нулю. При перемещении проводника из положения 1 в положение 2 часть составляющей скорости становится перпендикулярной силовым линиям и пропорциональна ей, в проводнике индуцируется ЭДС. Величина такой ЭДС индукции увеличивается по мере перемещения проводника из положения 1 в положение 2.

             В положении 2 вся составляющая скорости перпендикулярна линиям потока. Следовательно, существует разрезание линий потока. И в этот момент ЭДС индукции в проводнике максимальна. При изменении положения проводника с 2 на 3 составляющая скорости, перпендикулярная потоку, начинает уменьшаться, и, следовательно, величина ЭДС индукции также начинает уменьшаться. В положении 3 снова вся составляющая скорости параллельна линиям потока и, следовательно, в этот момент ЭДС в проводнике равна нулю.

            По мере перемещения проводника от 3 к 4 составляющая скорости, перпендикулярная силовым линиям, снова начинает увеличиваться. Но направление составляющей скорости теперь противоположно направлению составляющей скорости, существующей при движении проводника из положения 1 в положение 2. Следовательно, ЭДС индукции в проводнике возрастает, но в противоположном направлении.

0003

            В положении 4 достигается максимум в противоположном направлении, так как вся компонента скорости становится перпендикулярной линиям потока.