Alternator: naprava, princip delovanja, namen

Električni tok je glavna vrsta energije, ki opravlja koristno delo na vseh področjih človeškega življenja. Nastaja v gibanju različnih mehanizmov, daje svetlobo, ogreva hiše in animira celo vrsto naprav, ki zagotavljajo naš udoben obstoj na planetu. Resnično, ta vrsta energije je univerzalna. Iz njega lahko dobite vse, kar vam je všeč, in celo veliko uničenje z nepravilnim upravljanjem.

Vendar je bil čas, ko so bili električni učinki še vedno prisotni v naravi, vendar človeku ni pomagal. Kaj se je od takrat spremenilo? Ljudje so začeli preučevati fizične pojave in izumili zanimive stroje - pretvornike, ki so na splošno naredili revolucionaren preskok naše civilizacije, ki omogoča osebi, da dobi eno energijo od druge.

Tako so se ljudje naučili proizvajati električno energijo iz navadnih kovin, magnetov in mehanskih gibanj - to je vse. Generatorji so bili zgrajeni, sposobni proizvajati kolokalne moči, izračunane v megavatih. Ampak zanimivo je, da načelo delovanja teh strojev ni tako zapleteno in morda celo razumljivo tudi za najstnika. Kaj je generator električnega toka? Poskusimo razumeti to vprašanje.

Učinek elektromagnetne indukcije

Osnova za videz v prevodniku električnega toka je elektromotorna sila - EMF. Sposoben je, da se delci polnjenja premikajo, kar je veliko v poljubni kovini. Ta sila se pojavi le, če se dirigent spremeni v intenzivnost magnetnega polja. Sam učinek smo imenovali elektromagnetna indukcija. Emf je večji, večja je hitrost spremembe v toku magnetnih valov. To pomeni, da lahko premikate vodnik blizu trajnega magneta ali vplivate na polje elektromagneta s fiksno žico, spreminjate njegovo moč, učinek bo enak - električni tok se bo pojavil v prevodniku.

Na to temo v prvi polovici XIX. Stoletja so znanstveniki delali Oersted in Faraday. Prav tako so odkrili ta fizični pojav. Pozneje smo na osnovi elektromagnetne indukcije ustvarili tokovne generatorje in elektromotorje. Zanimivo je, da se ti stroji zlahka pretvorijo v druge.

Kako delujejo generatorji DC in AC?

Jasno je, da je generator električnega toka elektromehanski stroj, ki ustvarja tok. Toda v resnici je pretvornik energije: vetra, voda, toplota, karkoli v EMF, ki že povzroča tok v prevodniku. Naprava katerega koli generatorja se v bistvu nikakor ne razlikuje od zaprtega prevodnega vezja, ki se vrti med poljema magneta, kot v prvih eksperimentih znanstvenikov. Le veliko več je obseg magnetnega toka, ki ga proizvajajo močni stalni ali pogostejši električni magneti. Zaprta kontura ima obliko navitja, ki v sodobnem generatorju ni ena, ampak vsaj tri. Vse to naredi, da bi dobili čim več EMF.

Standardni električni alternator (ali stalni) generator sestavljajo:

• Školjke. Izvede funkcijo okvira, znotraj katerega je stator pritrjen s poli elektromagneta. Nameščena je antifrikcijski ležaji gredi rotorja. Sestavljen je iz kovine, poleg tega pa ščiti celotno notranjo polnjenje stroja.
• Stator z magnetnimi poli. Na njem je pritrjeno navijanje vzbujanja magnetnega pretoka. Izdelan je iz feromagnetnega jekla.
• Rotor ali armatura. Gre za gibljiv del generatorja, katerega gred ustvarja stransko silo v vrtilno gibanje. Na jedru armatur se nahaja navijanje samosvitanja, kjer se tvori električni tok.
• Vozlišča komutacije. Ta strukturni element služi za preusmeritev električne energije iz gibljive gredi rotorja. Vključuje prevodne obroče, ki so gibljivo povezani s kolektorji toka grafita.

Ustvarjanje neposrednega toka

V generatorju, ki proizvaja enosmerni tok, se prevodno vezje vrti v magnetnem nasičenju. In za določen trenutek vrtenja je vsaka polovica konture blizu enega ali drugega pola. Polnjenje v vodniku za to polovico se premika v eni smeri.

Za odstranitev delcev se naredi mehanizem za odstranitev energije. Njegova značilnost je, da je vsaka polovica navitja (okvirja) povezana s prevodnim polovičnim obročem. Položaji niso zaprti med seboj, ampak so pritrjeni na dielektrični material. V času, ko en del navitja začne prenesti določen pol, se polkrož zapira v električni krog s kontaktnimi skupinami za krtačo. Izkazalo se je, da na vsakem terminalu pride samo en potencial.

Pravilnost je, da energijo ne kličemo konstantno, ampak pulsirajuče, s konstantno polarnostjo. Pulsacija je posledica dejstva, da ima magnetni tok vodniku med vrtenjem največji in najmanjši učinek. Za poravnavo tega valovanja se na rotorju in močne kondenzatorje na vhodu vezja uporabljajo več navitij. Da bi zmanjšali izgubo magnetnega pretoka, se razdalja med armaturo in statorjem zmanjša.

Niz alternatorja

Ko se gibljivi del trenutne generacijske naprave vrti, se tudi v vodnikih okvirja inducira elektromagnetna polja, kot pri generatorju DC. Toda majhna funkcija - generator naprave izmeničnega toka kolektorskega vozlišča ima še eno. V njem je vsak čep povezan z njegovim prevodnim obročem.

Načelo alternatorja je naslednje: ko polovica navitja poteka blizu enega pola (druga, v bližini nasprotnega pola), tok teče v eni smeri od najmanjše do najvišje vrednosti in spet na nič. Takoj, ko se navitja spremenijo glede na polovice, tok prične svoje gibanje v nasprotni smeri z enako pravilnostjo.

Na vhodu vezja dobimo valovno obliko v obliki sinusoida s polvivalentno frekvenco, ki ustreza obdobju vrtenja rotorske gredi. Da bi dosegli stabilen signal na izhodu, kjer je frekvenca alternatorja konstantna, mora biti čas vrtenja mehaničnega dela nespremenjen.

Magnetni generatorji tip plina

Konstrukcije tokovnih generatorjev, kjer se namesto kovinskega okvirja kot nosilca polnjenja uporablja prevodna plazma, tekočina ali plin, se imenujejo MHD generatorji. Snovi pod pritiskom se vozijo na področju magnetne napetosti. Pod vplivom iste indukcije EMF nabiti delci pridobijo smerno gibanje in ustvarjajo električni tok. Velikost toka je neposredno sorazmerna hitrosti prehoda skozi magnetni tok, pa tudi moči.

MHD generatorji imajo enostavnejšo konstruktivno rešitev - nimajo rotacijskega mehanizma rotorja. Takšni napajalniki lahko v kratkem času dajo velike količine električne energije. Uporabljajo se kot rezervne naprave in v izrednih razmerah. Koeficient, ki določa uporaben učinek (učinkovitost) teh strojev, je višji od koeficienta električnega alternatorja.

Izmenični tok sinhroni generator

Obstajajo take vrste alternatorjev:

• Stroji so sinhroni.
• Stroji asinhroni.

Sinhronski alternator ima strogo fizično razmerje med rotacijskim gibanjem rotorja in ki jih ustvarja frekvenca elektrika. V takšnih sistemih je rotor elektromagnet, sestavljen iz jeder, polov in vzburljivih navitij. Slednje napajajo s pomočjo neposrednega toka skozi ščetke in kontaktne kontakte. Stator je tuljava žice, povezana z zvezdastim načelom s skupno točko - nič. So že povzročili EMF in proizvedli tok.

Gred rotorja se poganja z zunanjo silo, ponavadi turbine, katerih frekvenca gibanja je sinhronizirana in konstantna. Električno vezje, priključeno na ta generator, je trifazno vezje, frekvenca toka v ločeni črti se premakne za fazo 120 stopinj od drugih črt. Za pridobitev pravilnega sinusoida smer magnetnega pretoka v lumenu med statorjem in deli rotorja uravnava struktura slednjega.

Vzbujanje generatorja izmeničnega toka se realizira z dvema metodama:

1. Stik.
2. Brez dotika.

V kontaktnem vzbujevalnem krogu se električna energija iz drugega generatorja poveže s tuljavami elektromagneta skozi par krtač. Ta generator se lahko kombinira z glavno gredjo. Praviloma ima manj moči, vendar dovolj, da ustvari močno magnetno polje.

Brezkontaktno načelo določa, da ima sinhronski alternator na gredi dodatne trifazne navitja, v katerih se inducira elektromagnetna zavrtnja in električna energija. Krmilno napeljavo se napaja preko vzbujevalnih tuljav rotorja. Strukturno v tem sistemu ni premičnih stikov, kar poenostavlja sistem in ga naredi bolj zanesljivega.

Asinhronski generator

Obstaja asinhronski alternator. Naprava se razlikuje od sinhronega. Ni točne odvisnosti od EMF od frekvence, s katero se rotira gred rotorja. Obstaja taka stvar kot "slip S", ki označuje to razliko vpliva. Velikost zdrsa je določena z izračunom, zato je napačno misliti, da v elektromehanskem procesu v asinhronem motorju ni pravilnosti.

Če je generator, v prostem teku, naložen, tok, ki teče v navitjih, bo ustvaril magnetni tok, ki preprečuje vrtenje rotorja pri določeni frekvenci. To je deformacija, ki seveda vpliva na proizvodnjo EMF.

Sodobni asinhronski alternator gibajočega dela ima tri različne modele:

1. Votli rotor.
2. Kratkostični rotor.
3. Fazni rotor.

Takšni stroji imajo lahko samostojno in neodvisno vzburjenje. Prva shema je izvedena zaradi vključitve kondenzatorjev in polprevodniških pretvornikov v navijanje. Vzbujanje neodvisnega tipa nastane z dodatnim virom izmeničnega toka.

Sheme preklopa generatorja

Vsi močni napajalniki električnih vodov proizvajajo trifazni električni tok. Vsebujejo tri navitja, v katerih se izmenični tokovi tvorijo s fazo, ki se premika med seboj za 1/3 obdobja. Če upoštevamo vsako posamezno navijanje takšnega vira energije, dobimo enofazni izmenični tok v linijo. Napetost več deset tisoč voltov lahko povzroči generator. 220 V potrošnik prejme od distribucijskega transformatorja.

Vsak alternator je standard za navijanje, vendar je povezava z obremenitvijo dve vrsti:

• zvezda;
• trikotnik.

Načelo delovanja alternatorja, ki ga poganja zvezda, pomeni združitev vseh žic (nič) v eno, ki gre od obremenitve nazaj do generatorja. To je posledica dejstva, da je signal (električni tok) prenaša predvsem skozi izhod tuljavo žice (vrstice), ki se imenuje faza. V praksi je zelo priročno, saj za povezavo s potrošnikom ni treba izvleči treh dodatnih žic. Napetost med žičnimi črtami in črto ter nevtralnimi žicami bo drugačna.

S povezovanjem navitij generatorja s trikotnikom so med seboj povezani zaporedno v enem vezju. Iz točk njihove povezave se črta črta do potrošnika. Potem ne potrebujete nič žice, in napetost na vsaki vrsti bo enaka ne glede na obremenitev.

Prednost trifaznega toka pred enofaznim tokom je njegova manjša valova med popravkom. To ima pozitiven učinek na napajalne naprave, zlasti na enosmerne motorje. Tudi trifazni tok ustvarja rotirajoči tok magnetnega polja, ki je sposoben voziti močne asinhronske motorje.

Kadar je to primerno, generatorji DC in AC

Generatorji DC so veliko manjši in težji od naprav AC. Imajo bolj zapletene oblike kot slednje, se še vedno uporabljajo v številnih panogah.

Glavna distribucijska so prejeli kot pogoni za visoke hitrosti v strojih, kjer je potrebna kontrola hitrosti, na primer, mehanizem kovinske, v jašku, valjarne. V prometu so takšni generatorji nameščeni na dizelskih lokomotivah, različnih plovilih. Veliko modelov vetrnih generatorjev je sestavljenih na podlagi virov konstantne napetosti.

DC generatorji se uporabljajo pri varjenju posebne namene, za vzbujanje generatorjev sinhronih tipa navitja kot enosmerni ojačevalniki, za dobavo galvanizacije in naprave za elektrolizo.

Namen alternatorja je ustvarjanje električne energije v industrijskem obsegu. Tovrstna energija je dala človeštvu Nikola Tesla. Zakaj se pogosto uporablja tok polarnosti, ki je vzvraten in ne stalni? To je posledica dejstva, da se ob prenosu enosmerne napetosti v žicah pojavijo velike izgube. In daljši je žica, večja je izguba. Spremenljiva napetost se lahko prevaža na velikih razdaljah ob precej nižjih stroških. Poleg tega je enostavno pretvoriti izmenično napetost (spuščanje in dviganje), ki generator generira 220 V.

Zaključek

Človek ni popolnoma poznal narave magnetizma, ki prežema vse okoli sebe. In električna energija je le majhen del odprtih skrivnosti vesolja. Stroji, ki jih imenujemo generatorji energije, so v bistvu zelo preprosti, toda tisto, kar nam lahko dajo, je neverjetno. Toda pravi čudež ni v tehnologiji, ampak v mislih človeka, ki bi lahko prodrl v neizčrpen rezervoar idej, ki se razlijejo v vesolju!