Генератор (альтернатор) переменного тока предназначен для того, чтобы преобразовывать механическую энергию в электрическую. Его ротор вращается от первичного двигателя, в качестве которого может служить турбина, ДВС, электродвигатель.
Как выглядит синхронный генератор
К синхронным машинам относятся те, у которых ротор имеет одинаковую частоту вращения с магнитным полем:
n = 60∙ f / p , где
f – частота сети;
p – количество пар полюсов статора.
Статор и ротор – главные составные части синхронного генератора (СГ).
Принцип действия синхронного генератора
Как изображено на рисунке, синхронный генератор чаще всего вырабатывает энергию, когда ротор вращается вместе с магнитным полем, линии которого пересекают статорную обмотку, расположенную неподвижно. Поле создаётся от дополнительного возбудителя (дополнительного генератора, аккумулятора и др. источников).
Процесс может происходить наоборот – вращающийся проводник находится в неподвижном магнитном поле. Здесь появляется проблема токосъёма через коллекторный узел. Для генераторов переменного тока небольшой мощности эта схема вполне подходит. Обычно она применяется в передвижных установках.
В СГ вырабатывается ЭДС:
e = 2πBlwDn, где
B – магнитная индукция;
l – длина паза статора;
w – количество витков в статорной обмотке;
D – внутренний диаметр статора.
Основная электроэнергетика построена на напряжении 15-40 кВ. Передача энергии через коллектор СГ затруднительна. К тому же подвижная обмотка подвержена ударным нагрузкам и вращению с переменной скоростью, что создаёт проблемы с изоляцией. Из-за этого, обмотки якоря делают неподвижными, поскольку через них проходит основная энергия. Мощность возбудителя не превышает 5% от общей мощности СГ. Это позволяет проводить ток через подвижный узел.
В машинах переменного тока небольшой мощности (несколько киловатт) ротор изготавливают с постоянными магнитами (неодимовыми и др.). Здесь не требуется установка подвижных контактов, но тогда возникают сложности с регулированием напряжения на выходе.
Статор имеет общий принцип действия с асинхронником и мало отличается от него. Его железо собирается из пластин электротехнической стали, разделённых изолирующими слоями. В пазах размещается обмотка переменного тока. Наиболее распространён трёхфазный синхронный генератор. Провода обмоток надёжно крепятся и изолируются, поскольку через них подключается нагрузка.
Ротор выполняется с явно выраженными полюсами или без выступающих полюсов.
Виды полюсов синхронного генератора: а) – выступающие; б – неявно выраженные
Первые делаются для тихоходных машин, например, с гидравлическими турбинами. Для вращающихся с большой скоростью генераторов переменного тока принцип действия заключается в применении более прочных неявно выраженных полюсов.
СГ может работать в режимах двигателя или генератора переменного тока. Важно, какой здесь применяется способ охлаждения. Обычно на валу устанавливаются крыльчатки, охлаждающие ротор с обеих сторон. Воздух перед вентиляцией проходит через фильтр. В замкнутой системе циркулирует один и тот же воздух, проходя через теплообменники.
Более эффективным охлаждающим агентом является водород, в 14,5 раз более лёгкий, чем воздух. Принцип охлаждения у него аналогичный.
Обмотки генератора переменного тока выводятся концами на его распределительную коробку. Для трёхфазных – соединение производится в звезду или в треугольник.
Синхронный генератор преимущественно обеспечивает поддерживание синусоидального переменного напряжения. Это достигается изменением формы полюсных наконечников, а неявнополюсный ротор имеет определённое расположение витков в его пазах.
При соединении выхода с внешней нагрузкой в обмотках статора протекает электрический ток. Образующееся магнитное поле накладывается на поле, которое создаёт ротор.
Реакция якоря при разных видах нагрузки
При активной нагрузке ток и ЭДС совпадают по фазам (изображено на рисунке выше – а). Он становится максимальным, если полюса ротора располагаются напротив якорных обмоток. Основной магнитный поток и образующийся от реакции якоря перпендикулярны и при наложении образуют несколько больший результирующий поток, увеличивающий ЭДС.
Индуктивная нагрузка приводит к снижению ЭДС, поскольку потоки направлены встречно (изображено на рисунке выше – б).
Ёмкостная нагрузка вызывает совпадение направлений потоков, в результате чего ЭДС увеличивается.
Увеличение нагрузки приводит к большей реакции якоря, приводящей к изменению выходного напряжения, что нежелательно. На практике этот процесс управляется изменением возбуждения, что снижает степень воздействия реакции якоря на основное поле.
Нормальные режимы работы характеризуются сколько угодно длительными периодами времени. В их число входят отклонения коэффициентов мощности, выходного напряжения до 5% и частоты до 2,5% от номиналов и т. п. Допуски на отклонения определяются нагревом агрегатов и задаются стандартами или гарантируются производителями.
А нормальные режимы функционирования неприемлемы для продолжительной работы и связаны с появлением перегрузок, с недовозбуждением, переходами в асинхронные режимы. Этот режим работы связан с отклонениями в сети: короткими замыканиями, нагрузками переменного действия, неравномерностью загрузки фаз.
На нормально работающее устройство оказывает влияние подключённая сеть, где нарушения функционирования отдельных потребителей вызывают несимметрию и искажения формы сигнала. Из-за этого могут перегреваться обмотки или конструкция генератора.
Продолжительная работа генератора возможна при различии фазных токов на турбогенераторах до 10% и до 20% на синхронных компенсаторах и гидрогенераторах.
Искажение синусоиды на СГ происходит из-за мощных выпрямителей, преобразователей, электротранспорта и т. д.
Важно для синхронных машин, чтобы нормально работала система охлаждения. Если затраты охлаждающей воды достигают 70% от номинала, срабатывает сигнализация предупреждения. Если расход охладителя снижается наполовину, устройство должно разгружаться за 2 мин, а затем отключаться не более чем за 4 мин.
Характеристики генератора:
Генераторы отличаются способами возбуждения. В автономных установках на транспорте, в авиации, на судах применяется самовозбуждение за счёт остаточного намагничивания. Способ отличается надёжностью и удобством применения. Распространённым вариантом здесь является отбор энергии от статорной обмотки, которая проходит через понижающий трансформатор и полупроводниковый преобразователь ПП, в результате чего на обмотку возбуждения через коллектор поступает постоянный ток (изображено на рисунке ниже – а).
Принцип самовозбуждения синхронного генератора
Другая схема реализует самовозбуждение также путём подачи переменного тока со статорной обмотки через выпрямительный трансформатор ВТ и тиристор ТП в обмотку возбуждения ОВ (изображено на рисунке выше – б). Тиристором автоматически управляет регулятор возбуждения АРВ по сигналам от входа генератора СГ через трансформаторы напряжения ТН и тока ТТ. Блок защиты БЗ не допускает образования на обмотке возбуждения повышенного напряжения и перегрузочного тока.
Другая конструкция содержит дополнительную синхронную или асинхронную машину с возбуждением от статорных обмоток. На рисунке ниже изображена такая система СГ с обмоткой возбуждения ОВ и трёхфазной обмоткой статора. При этом ротор основного генератора имеет общий вал с якорными обмотками возбуждения ОВ 1 и ОВ 2 дополнительного подвозбудителя ПВ. Ток возбуждения регулируется реостатами r 1 и r 2 . Устройство не уступает по быстродействию установкам с самовозбуждением, но конструкция у него более сложная, а габариты больше.
Система возбуждения с дополнительным генератором
Применяется также бесконтактная система возбуждения, где у СГ нет подвижных контактов для передачи энергии. Щётки с коллектором имеют только подвозбудитель ПВ, который питает пост
Бесконтактная система возбуждения синхронного генератора
оянным током обмотку I возбудителя В.
Можно отметить следующие современные направления в развитии технологии производства синхронных машин:
К атегория:
Передвижные электростанции
Назначение и устройство синхронных генераторов
Синхронный генератор состоит из двух основных частей: неподвижного статора (якоря) с помещенной в нем обмоткой и подвижного (вращающегося) ротора (индуктора) с обмоткой возбуждения. Назначение обмотки возбуждения состоит в том, чтобы создать в генераторе первичное магнитное поле для наведения в обмотке статора электродвижущей силы (э. д. е)… Если ротор сихронного генератора привести во вращение с некоторой скоростью V и возбудить от источника постоянного тока, то поток возбуждения будет пересекать проводники обмотки статора и в фазах обмотки будут индуктироваться переменные э. д. с. При подключении нагрузки к данной обмотке в ней возникнет вращающееся магнитное поле. Это поле статора генератора будет вращаться в направлении, вращения поля ротора и с такой же скоростью, как поле ротора, в результате чего образуется общее вращающееся магнитное поле.
Скорость вращения магнитного поля синхронного генератора зависит от числа пар полюсов. При заданной частоте чем больше число пар полюсов, тем меньше скорость вращения магнитного поля, т.е. скорость вращения магнитного поля обратно пропорциональна числу пар полюсов. Так, например, при заданной частоте /=50 гц скорость вращения магнитного поля равна 3000 об/мин при числе пар полюсов р= 1, 1500 об/мин при р = 2V 1000 об/мин при р = 3 и т. д.
Статор генератора (рис. 1, а) состоит из сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали. Для ограничения вихревых токов листы стали изолированы пленкой лака толщиной 0,08-0,1 мм и прочно спрессованы в виде пакета, называемого пакетом активной стали. В каждом листе стали, выштампованы фигурные вырезы, благодаря чему в пакете, собранном из таких листов, образуются пазы, в которые и укладывается обмотка. Пазы для повышения электрической прочности обмотки и предохранения ее от механических -повреждений изолированы листами электрокартона с лакотканью или миканита. Пакет активной стали укреплен в чугунной или стальной станине генератора.
Рис. 1. Устройство и схема возбуждения синхронного генератора: а - статор, б - явнополюсный ротор (без обмотки полюсов), в - неявнополюсный ротор; 1 - статор (якорь), 2 - ротор (индуктор), 3- контактные кольца, 4 - полюс, 5 - полюсная катушка индуктора, 6 - возбудитель, 7 - шунтовой регулятор, 8 - щетки
Ротор синхронного генератора конструктивно может быть выполнен явнополюсным и неявнополюсным.
Явнополюсный ротор (рис. 1, б) имеет выступающие или, как говорят, явновыраженные полюсы. Такие роторы применяют в тихоходных генераторах со скоростью вращения не более 1000 об/мин. Сердечники полюсов этих роторов набирают обычно из листов электротехнической стали толщиной 1-2 мм, которые прочно скрепляют в пакет стяжными шпильками. На валу ротора полюсы крепят болтами или при помощи Т-образного хвостовика полюса, укрепляемого в специальных пазах, профре-зерованных в стальном теле ротора.
Обмотку возбуждения наматывают изолированным медным проводом соответствующего сечения. В роторах синхронных генераторов, предназначенных для работы в электроустановках, где в качестве первичных двигателей применяются дизели, предусматривается так называемая успокоительная обмотка. Успокоительная или как еще ее называют демпферная обмотка служит для успокоения свободных колебаний, возникающих при внезапных изменениях режима работы синхронных генераторов (резкие сбросы нагрузки, падение напряжения, изменение тока возбуждения и др.), особенно в тех случаях, когда несколько генераторов работают параллельно на общую сеть.
Неявнополюсным называют ротор, имеющий вид цилиндра без выступающих полюсов. Такие роторы выполняют обычно двух- или четырехполюсными.
Явнополюсные роторы для быстроходных машин не применяют из-за сложности изготовления крепления полюсов, способных выдерживать большие центробежные усилия.
Неявнополюоный ротор (рис. 1, в) состоит из вала и стальной поковки с профрезерованными в ней пазами, в которые уложена обмотка возбуждения. В остальном неявнополюсный ротор конструктивно выполнен так же, как и явнополюсный.
Конструкция проводников роторной обмотки выбирается в зависимости от типа ротора: для обмоток явнополюсных роторов применяют прямоугольные или круглые изолированные провода, а также голые медные полосы, гнутые на ребро и изолированные полосками миканита; обмотки неявнополюсных роторов выполняют из изолированных витков плоской твердокатаной меди, укладываемых в изолированные пазы роторов.
Концы обмотки ротора (индуктора) выведены и присоединены к контактным кольцам на валу ротора. К индуктору подводится постоянный ток от какого-либо внешнего источника. В качестве источника тока возбуждения синхронных генераторов мощностью до 20 кет применяют полупроводниковые выпрямители, а для более мощных генераторов - специальные машины постоянного тока (возбудители), помещаемые обычно на общем валу с ротором генератора или механически соединяемые с генератором посредством полумуфт. Возбудитель представляет собой генератор постоянного тока, мощность которого, как правило, составляет 1-3% номинальной мощности питаемого им генератора. Номинальное напряжение возбудителей невелико и у синхронных генераторов средней мощности не превышает 150 в. Постоянный ток для возбуждения синхронных генераторов может быть получен с помощью ртутных, полупроводниковых или механических выпрямителей. Для возбуждения синхронных генераторов мощностью до 20 кет чаще всего применяют селеновые или германиевые выпрямители.
Ток возбуждения в проходит от источника до индуктора по следующему пути: источник постоянного тока - неподвижные щетки на контактных кольцах, контактные кольца ротора - обмотки полюсов индуктора. Этот путь показан схематически на рис. 1, а. Синхронный генератор обладает свойством обратимости, т.е. может работать и в качестве электродвигателя, если обмотку его статора присоединить к сети трехфазного переменного тока.
К атегория: - Передвижные электростанции
В синхронных машинах магнитное поле токов якорной обмотки и ротор вращаются с одинаковой скоростью (синхронно). Синхронные машины обратимы, т. е. они могут работать как генераторы и как двигатели. Однако наибольшее распространение они получили как генераторы переменного тока, которые устанавливают на всех современных электростанциях.
Генератор переменного тока был изобретен выдающимся русским электротехником П. Н. Яблочковым. Этот генератор был применен для питания электрических свечей и по принципу работы ничем не отличался от современных генераторов, являясь первым многофазным генератором. На его статоре были уложены изолированные друг от друга несколько обмоток, каждая из которых имела свою цепь с группой свечей.
В 1888 г. другой выдающийся русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский построил первый в мире трехфазный генератор мощностью около 3 кВА.
Синхронный генератор имеет две основные часик ротор и статор.
Ротор (подвижная, вращающаяся часть машины) образует систему вращающихся электромагнитов, питаемых постоянным током от внешнего источника.
Статор (неподвижная часть машины) ничем не отличается от статора асинхронной машины. В его обмотке действием вращающегося магнитного поля ротора наводится ЭДС, подаваемая на внешнюю цепь генератора (в режиме двигателя на обмотку статора подается напряжение сети). Такая конструкция генератора позволяет устранить скользящие контакты в цепи нагрузки генератора (обмотка статора соединяется с нагрузкой непосредственно) и надежно изолировать рабочую обмотку от корпуса машины, что весьма существенно для современных генераторов, изготовляемых на большие мощности при высоких напряжениях. Основной магнитный поток синхронного генератора, создаваемый вращающимся ротором, возбуждается от постороннего источника-возбудителя, представляющего собой обычный генератор постоянного тока (мощностью 0,5-10% от мощности генератора). Возбудитель устанавливается на общем валу с генератором либо соединяется с валом генератора муфтой или ременной передачей. Постоянный ток от возбудителя проходит через обмотку ротора через два кольца и неподвижные щетки, установленные на валу ротора.
По своей конструкции роторы различают явнополюсные (рис. 5-25, а) и неявнополюсные (рис. 5-25, б). Число пар полюсов ротора обусловлено скоростью его вращения. При частоте генерируемой ЭДС 50 Гц неявнополюсный ротор быстроходной машины-турбогенератора, вращающийся со скоростью
3000 об/мин, имеет одну пару полюсов, тогда как явнополюсный ротор тихоходного гидрогенератора (скорость вращения которого определяется высотой напора воды), вращающийся со скоростью от 50 до 750 об/мин, имеет число пар полюсов соответственно от 60 до 4.
Маломощные синхронные генераторы (до 100 кВА), как правило, имеют самовозбуждение: обмотка возбуждения питается выпрямленным током того же генератора (рис. 5-26). Цепь возбуждения образуют трансформаторы тока , включаемые в цепь нагрузки генератора, полупроводниковый выпрямитель ПВ, собираемый, например, по схеме трехфазного моста, и обмотка возбуждения генератора ОВ с регулировочным реостатом R.
Самовозбуждение генератора происходит следующим образом. В момент пуска генератора благодаря остаточной индукции в магнитной системе появляются слабые ЭДС и токи в рабочей обмотке генератора. Это приводит к появлению ЭДС во вторичных обмотках трансформаторов ТТ и небольшого тока в цепи возбуждения, усиливающего индукцию магнитного поля машины. ЭДС генератора возрастает до тех пор, пока магнитная система машины полностью не возбудится.
Такие генераторы (однофазные и трехфазные) используют в маломощных низковольтных передвижных электростанциях, применяемых, например, в сельском хозяйстве для электрострижки овец и дойки коров, а также для питания сельских передвижных киноустановок и т. д. В этих генераторах рабочая обмотка часто выполняется на роторе, а на внутренней поверхности статора устраивается полюсная система с явно выраженными полюсами. Подключение генератора к внешней нагрузке осуществляется через скользящие токосъемы (щетки с кольцами на оси ротора).
Если в рассмотренных выше асинхронных машинах ротор имел частоту вращения,
отличную от частоты вращения магнитного поля статора, то в синхронных
эти частоты равны между собой.
Синхронные машины могут работать как генераторами, так и двигателями.
В зависимости от типа привода синхронные генераторы получили и свои
названия.
Турбогенератор
, например, - это генератор, приводимый в движение
паровой турбиной, гидрогенератор вращает водяное колесо, а дизель -
генератор механически связан с двигателем внутреннего сгорания.
Синхронные двигатели широко применяют для привода мощных компрессоров,
насосов, вентиляторов.
Синхронные микродвигатели используют для привода лентопротяжных механизмов
регистрирующих приборов, магнитофонов и т.д.
Статор синхронной машины по конструкции не отличается от статора асинхронного
двигателя. В пазах статора размещается трехфазная, двухфазная или однофазная
обмотки.
Заметное отличие имеет ротор, который принципиально представляет собой
постоянный магнит или электромагнит.
Это налагает особые требования на геометрическую форму ротора. Любой
магнит имеет полюса, число которых может быть два и более.
На рис. 6.1.1 приведены две конструкции генераторов, с тихоходным и
быстроходным ротором.
Быстроходными бывают, как правило, турбогенераторы. Количество пар магнитных полюсов у них равно единице. Чтобы такой генератор вырабатывал электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц, его необходимо вращать с частотой
На гидроэлектростанциях вращение ротора зависит от движения водяного
потока. Но и при медленном вращении такой генератор должен вырабатывать
электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц.
Поэтому для каждой гидроэлектростанции конструируется свой генератор,
на определенное число магнитных полюсов на роторе.
В качестве примера приведем параметры синхронного генератора, работающего
на Днепровской ГЭС.
Водяной поток вращает ротор генератора с частотой n = 33,3 об / мин.
Задавшись частотой f = 50 Гц, определим число пар полюсов на роторе:
Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, кото-рое, пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. При подключении к генератору нагрузки генератор будет являться источником переменного тока.
Как было показано выше, величина наводимой в обмотке статора ЭДС количественно связана с числом витков обмотки и скорости изменения магнитного потока:
Переходя к действующим значениям, выражение ЭДС можно записать в виде:
где n - частота вращения ротора генератора,
Ф - магнитный поток,
c - постоянный коэффициент.
При подключении нагрузки напряжение на зажимах генератора в разной степени
меняется. Так, увеличение активной нагрузки не оказывает заметного влияния
на напряжение. В то же время индуктивная и емкостная нагрузки влияют
на выходное на-пряжение генератора. В первом случае рост нагрузки размагничивает
генератор и снижает напряжение, во втором происходит его подмагничивание
и повышение напряжения. Такое явление называется реакцией якоря.
Для обеспечения стабильности выходного напряжения генератора необходимо
регулировать магнитный поток. При его ослаблении машину надо подмагнитить
,
при увеличении - размагнитить
. Делается это путем регулирования
тока, подаваемого в обмотку возбуждения ротора генератора.
Конструкция синхронного двигателя такая же, как и у синхронного генератора.
При подаче тока в трехфазную обмотку статора в нем возникает вращающееся
магнитное поле. Частота вращения его определяется формулой:
где f - частота тока питающей сети,
р - число пар полюсов на статоре.
Ротор, являющийся часто электромагнитом, будет строго следовать за вращаю-щимся
магнитным полем, т.е. его частота вращения n 2 = n 1 .
Рассмотрим принцип действия синхронного двигателя на следующей условной
модели (рис. 6.3.1.). Пусть магнитное поле статора будет смоделировано
системой вращающихся магнитных полюсов N - S.
Ротор двигателя тоже представляет собой систему электромагнитов S -
N, кото-рые "сцеплены" с полюсами на статоре. Если нагрузка
на двигателе отсутствует, то оси полюсов статора будут совпадать с осями
полюсов ротора (
= 0).
Если же к ротору подключена механическая нагрузка, то оси полюсов статора
и ротора могут расходиться на некоторый угол .
Однако "магнитное сцепление" ротора со статором будет продолжаться,
и частота вращения ротора будет равна синхронной частоте статора (n 2
= n 1). При больших значениях ротор может выйти из "сцепления"
и двигатель остановится.
Главное преимущество синхронного двигателя перед асинхронным - это обеспечение
синхронной скорости вращения ротора при значительных колебаниях нагрузки.
Как мы показали выше, синхронное вращение ротора обеспечивается "магнитным
сцеплением" полюсов ротора с вращающимся магнитным полем статора.
В первый момент пуска двигателя вращающееся магнитное поле статора возникает
практически мгновенно. Ротор же, обладая значительной инерционной массой,
прийти в синхронное вращение сразу не сможет. Его надо "разогнать"
до подсинхронной скорости каким-то дополнительным устройством.
Долгое время роль разгонного двигателя играл обычный асинхронный двигатель,
механически соединенный с синхронным.
Ротор синхронного двигателя приводится во вращение до подсинхронной
скорости. Далее двигатель сам втягивается в синхронизм.
Обычно мощность пускового двигателя составляет 5-15 % от мощности синхронного
двигателя. Это позволяет пускать в ход синхронный двигатель только вхолостую
или при малой нагрузке на валу.
Применение пускового двигателя мощностью, достаточной для пуска синхронного
двигателя под нагрузкой делает такую установку громоздкой и дорогой.
В последнее время используется так называемая система асинхронного
пуска
синхронных двигателей. С этой целью в полюсные наконечники
забивают стержни, напоминающие собою короткозамкнутую обмотку асинхронного
двигателя (рис. 6.3.2.1).
В начальный период пуска синхронный двигатель работает как асинхронный, а в последующем - как синхронный. В целях безопасности обмотку возбуждения в начальном периоде пуска закорачивают, а на заключительном подключают к источнику по-стоянного тока.
В лабораторной практике, в быту и в маломощных механизмах применяют
так называемые реактивные синхронные двигатели
.
От обычных классических машин они отличаются лишь конструкцией ротора.
Ротор здесь не является магнитом или электромагнитом, хотя по форме
напоминает собой полюсную систему.
Принцип действия реактивного синхронного двигателя отличен от рассмотренного
выше. Здесь работа двигателя основана, на свободной ориентации ротора
таким образом, чтобы обеспечить магнитному потоку статора лучшую магнитную
проводимость (рис. 6.4.1).
Действительно, если в какой-то момент времени максимальный магнитный
поток будет в фазе А - X, то ротор займет положение вдоль потока ФА.
Через 1/3 периода максимальным будет поток в фазе В - У. Тогда ротор
развернется вдоль потока ФВ. Еще через 1/3 периода произойдет ориентация
ротора вдоль потока. ФС. Так непрерывно и синхронно ротор будет вращаться
с вращающимся магнитным полем статора.
В школьной практике иногда, при отсутствии специальных синхронных двигателей,
возникает необходимость в синхронной передаче.
Эту проблему можно решить с помощью обычного асинхронного двигателя,
если придать ротору следующую геометрическую форму (рис. 6.4.2).
Этот тип двигателя является машиной постоянного тока, хотя принцип
действия его напоминает синхронный реактивный двигатель.
Как видно из рис. 6.5.1, статор двигателя имеет шесть пар выступающих
полюсов.
Каждые две катушки, расположенные на противоположных полюсах статора,
образуют обмотку управления, включаемую, в сеть постоянного тока. Ротор
- двухполюсный.
Если подключить к источнику постоянного тока катушки полюсов 1 - 1",
то ротор расположится вдоль этих полюсов. Если задействовать катушки
полюсов 2 - 2", а ка-тушки полюсов 1 - 1" обесточить, то ротор повернется
и займет положение вдоль полю-сов 2 - 2". Такой же поворот ротора произойдет,
если включить в сеть катушки полюсов 3 - 3". Так, шагами, ротор будет
"следовать" за своей обмоткой управления.
Преимуществом шаговых двигателей является то, что в них совершенно отсутствует
"самоход". Они поворачиваются и строго фиксируются с шагом,
пропорциональ-ным числу полюсов на статоре. Это качество делает его
незаменимым в особо точных механизмах (для привода часов, механизмов
подачи ядерного топлива в реакторах, в станках с ЧПУ и т.д.).
Управление шаговыми двигателями ведется с применением различных электронных
устройств (триггеров Шмидта и др.).
Безколлекторные асинхронные и синхронные двигатели при многих положительных
качествах имеют существенные недостатки. Они не допускают достаточно
плавного и экономичного регулирования вращения.
Этот пробел частично восполняют коллекторные двигатели переменного тока.
Коллекторные двигатели бывают однофазными и трехфазными.
Ротор однофазного коллекторного двигателя выполнен в виде цилиндра с
фазными обмотками, статор - явнополюсный.
Так как обмотка полюсов статора, подключаемая к сети переменного тока,
создает пульсирующее магнитное поле, то все элементы магнитной цепи
машины набираются из отдельных листов электротехнической стали.
Вращающий момент в однофазном коллекторном двигателе создается взаимодействием
токов в обмотке ротора с магнитным потоком полюсов. На рис. 6.6.1- показана
схема подключения к сети коллекторного двигателя.
Коллекторные двигатели могут работать как от сети переменного тока, так и от сети постоянного тока. Это обстоятельство послужило для присвоения им наименования универсальных коллекторных двигателей. Коллекторные двигатели широко при-меняются для привода швейных машин, пылесоса и т.д.
Электротехническим устройством специального использования, работающим в от механического двигателя, является синхронный генератор. Прибор нашел применение в частном хозяйстве. Он используется для выработки электротока промышленной частоты. Кроме того, изобретение работает как генератор тока Машина синхронного действия монтируется в дизельные и бензиновые электростанции.
Синхронный генератор. Устройство
Электрическая машина состоит из:
1. Статора.
2. Ротора.
3. Обмоток генератора.
4. Системы токового компаундирования.
5. Переключателя обмотки статора.
6. Выпрямителя сварочного тока.
7. Кабелей.
8. Сварочного устройства.
9. Обмоток ротора.
10. Регулируемого (постоянного).
Синхронный генератор используется в режимах: генератора тока 50 Гц., сварочного синхронного генератора, прибора с повышенной частотой. Изобретение дает возможность создавать малогабаритные электрические агрегаты универсального применения. Синхронный генератор приводит в действие оборудование в местах с отсутствием централизованных электросетей. Его можно использовать в фермерских хозяйствах вдали от населенных пунктов.
Характеристики синхронного генератора рассчитаны на создание электрогенератора с новыми потребительскими возможностями. Это значит, что при реализации данного изобретения, одно и то же устройство можно эксплуатировать как источник электропитания частотой 50 Гц и более, а также как поставщик тока, выпрямленного для дуговой сварки, он наделен круто подающей внешней характеристикой рабочей зоны. При этом обеспечиваются сварочные свойства, не уступающие трехобмоточным коллекторным сварочным генераторам постоянного тока.
Как работает синхронный генератор?
Принцип действия основан на электромагнитной индукции. Происходит преобразование в электрическую. Электромашина работает как генератор (в его режиме). При этом частоты вращений магнитных полей статора и ротора одинаковые. На обмотки ротора подается напряжение, образуется магнитное поле. Вращаясь, оно проникает через обмотку статора и образует в ней ЭДС.
Ротор бывает фазного и короткозамкнутого типа, в зависимости от вида обмотки. Вспомогательная обмотка статора создает вращающееся магнитное поле. Оно индуцирует магнитное поле на роторе, которое наводит ЭДС. В момент запуска электрической станции ротор создает слабого напряжения. С усилением оборотов, ЭДС в обмотке возбуждения увеличивается. Обмоточное напряжение проникает на ротор через авторегулировочный блок. Контроль над выходящим напряжением осуществляется за счет изменения магнитного поля. Стабильность обеспечивается изменением магнитного поля ротора регулированием тока в его обмотке. Такой метод регулировки обеспечивает стабилизацию выходного напряжения прибора.
Преимущества и недостатки синхронного генератора
К первым относится постоянство исходящего напряжения. Минусом является возможность перегрузки при повышенной нагрузке. Регулятор может повысить силу тока в обмотке ротора. К недостаткам генератора синхронного типа можно также причислить наличие щеточного устройства. С течением времени оно будет нуждаться в обслуживании. В наше время этот недостаток удалось устранить.
Современные генераторы синхронного типа выпускают без щеточного узла. Оборудование нового поколения имеет длительный срок службы, надежность в работе в трудных условиях производства. Встроенные датчики и электроника обеспечивают функционирование в режиме реального времени. Новейшие технологические решения обеспечивают синхронному генератору высокую эффективность. Продукцию используют в промышленности и в оборудовании судов.
