Синхронный или асинхронный альтернатор в электростанции: определяемся с выбором. Альтернатор что это такое?

2 Ротор в технике от лат. roto (вращать), 1) вращающаяся часть двигателей и рабочих машин, на которой расположены инструменты, получающие энергию от рабочего тела.

Принцип работы и устройство синхронного генератора переменного тока

В электроприборах используются два типа генераторов. Один из них представлен генератором переменного тока, а другой — генератором постоянного тока. Независимо от типа, генератор технически преобразует механическую энергию в электрический потенциал. Таким образом, генератор переменного тока производит переменные величины, в то время как генератор постоянного тока предназначен для производства непрерывных величин. Оба типа электрогенераторов производят электроэнергию по одному и тому же основному принципу.

Современные генераторы состоят из двух основных компонентов: вращающегося ротора и неподвижного статора. Постоянные магниты или обмотки возбуждения расположены на валу ротора. Магниты имеют зубчатую форму и противоположные полюса.

Бесщеточные генераторы.

Катушки статора наматываются так, чтобы их сердечники были совмещены с выступами магнитных полюсов ротора или с сердечниками катушек ротора. Число зубцов на магните обычно не превышает 6. В этой конструкции генерируемый ток берется непосредственно из обмоток статора. Другими словами, статор действует как якорь.

В принципе, постоянные магниты могут быть установлены на статоре, а рабочие обмотки, на которых индуцируется ЭЭД, могут быть установлены на роторе. Это не изменит работу генератора, но для рассеивания напряжения с обмоток ротора потребуются втулки и очистители, что зачастую нецелесообразно.

Читайте также: Как соединить светодиодные ленты вместе. Что лучше: соединение или пайка?

На рисунке 1 показана схема бесщеточного генератора без обмоток возбуждения.

Рисунок 1.

Объяснение:

• схема устройства;
• схема расположения магнитных полюсов на якоре. Здесь буквами NS обозначено коаксиальный магнит с полюсами, а литерой R – стальной магнитопровод ротора в виде когтеобразных наконечников.
• модель генератора в разрезе. Выводы фазных обмоток статора соединены «звездой».

Современные машины с катушками.

Следует отметить, что постоянные магниты используются в качестве роторов в генераторах малой мощности. В электрических машинах большой мощности всегда используются индукционные катушки с независимым возбуждением. Независимый источник питания — это генератор малой мощности, установленный на валу современного двигателя.

Существуют современные генераторы малой и средней мощности с самовозбуждающимися обмотками. Для возбуждения катушки выпрямленный ток фазных обмоток проходит через щетки к втулкам на валу статора. Структура такого генератора показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Структура синхронного генератора средней мощности.

Обратите внимание на наличие щеток, питающихся от независимого источника.

Синхронные генераторы делятся на несколько фаз:

• однофазные;
• двухфазные;
• трёхфазные.

По структуре ротора различают генераторы с явными полюсами и генераторы со скрытыми полюсами. В неявнополярном роторе выступы отсутствуют, а катушки проводов якоря спрятаны в пазах статора.

В завершение

Рассматриваемые типы генераторов, за исключением инверторных, используются не только в электростанциях для бытового использования (малой мощности), но и при строительстве более крупных электростанций мегаваттного диапазона.

Следующий материал посвящен двигателям внутреннего сгорания, которые служат приводными системами в электрогенераторах. Конечно, генератор может приводиться в действие не только двигателями, работающими на дизельном топливе, бензине или природном газе, но и системами, использующими энергию ветра или воды для вращения ротора — об этом речь пойдет в одной из следующих статей.

Принцип работы

Давайте рассмотрим принцип выработки электроэнергии на примере круглой рамки, расположенной между магнитными полюсами. (рис. 3)

См. также §2 Вектор магнитной индукции. Линии магнитной индукции

Рисунок 3. Схема, поясняющая принцип работы осциллятора

Если повернуть рамку (в направлении стрелок), она пересечет магнитные силовые линии. Это создает электрический ток в каркасе (согласно закону электромагнитной индукции), который образуется при подключении нагрузки к щеткам. Направление можно определить с помощью правила Буравера. На рисунке направление тока показано черными стрелками.

Обратите внимание, что в участках рамки ab и cd ток течет в противоположных направлениях. Эти направления меняются по мере того, как секции рамки перемещаются от одного полюса магнита к другому. Если каждый провод рамки подключен к отдельному кольцу (на рисунке он подключен к коллектору!), то на выходе мы имеем переменный ток.

Величина тока пропорциональна скорости вращения ротора. Кроме того, переменный ток характеризуется еще одним параметром — частотой. Это значение напрямую зависит от скорости вращения вала.

Частота тока в электросетях строго соблюдается. В России и некоторых других странах он составляет 50 Гц, т.е. 50 колебаний в секунду.

Вычислить это число относительно просто, поскольку поворот рамки (или двухполюсного магнита) вызывает изменение направления тока. Когда вал синхронного генератора делает один оборот в секунду, частота переменного тока составляет 1 Гц. Для достижения частоты 50 Гц требуется 50 оборотов статора в секунду или 3000 оборотов в минуту.

При увеличении числа полюсов заданная частота поддерживается за счет снижения частоты вращения статора. (обратное соотношение). Поэтому при использовании четырехполюсных статоров (удвоенное количество полюсов) для получения частоты 50 Гц необходимо вдвое уменьшить частоту вращения вала. При использовании 6 полюсов скорость вращения вала должна быть вдвое меньше при 1000 об/мин.

Обратите внимание, что в некоторых странах, таких как США, Япония и т.д., существуют другие стандарты — например, в современной авиационной сети используются переменные токи 60 и 400 Гц.

Альтернаторы: конструкция, назначение, виды

Первые устройства для выработки электроэнергии назывались генераторами. Позже вся конструкция, состоящая из двигателя и генератора, помещенных в кожух или раму, стала называться генератором.

Генератор переменного тока является наиболее важной частью ГГУ, поскольку на него возложена задача преобразования механической энергии вращения коленчатого вала в электрическую энергию. Его основными механизмами являются ротор (подвижный) и статор (статичный).

В зависимости от того, как передается магнитное поле, все ДГ делятся на следующие категории:

• синхронные или щеточные – с обмотками на роторе, по которым передается магнитное поле на статор с применением скользящих контактов – щеток;
• асинхронные – не имеющие обмоток и передающие остаточную намагниченность бесконтактным способом (другое название АА – бесщеточные).

СА являются более сложными, так как имеют обмотки и щетки, поэтому они дороже и долговечнее в эксплуатации. На них приходится львиная доля продаж ИБП — более 90% от общего объема продаж. Но это не означает, что асинхронные генераторы неполноценны. Существуют определенные технические нюансы, которые уравновешивают преимущества и недостатки обоих типов оборудования. Это зависит от того, где он используется и с какой целью.

Плюсы и минусы синхронных альтернаторов

Высококачественные СА должны быть оснащены медной обмоткой, а не слабой алюминиевой (примечание: некоторые производители пытаются таким образом снизить себестоимость продукции). Качественная обмотка и щеточный механизм обеспечивают постоянный выходной ток (с максимальным отклонением в 5%), который легко выдерживает повышенные пусковые нагрузки и небольшие колебания напряжения.

Чистый ток очень важен для очень чувствительных потребителей, таких как ноутбуки, компьютеры, принтеры, телефоны, лабораторное и медицинское оборудование. И даже для таких распространенных бытовых приборов, как холодильники, телевизоры и стиральные машины, предпочтительнее электроэнергия, вырабатываемая современным генератором. Более того, к ИБП со щеткой можно подключить только ATS (Automatic Transfer Entry).

Итак, неоспоримые преимущества щеточного узла и медной обмотки ATS заключаются в следующем:

• стабильность напряжения;
• качественный электроток;
• надежность в работе.

Постоянное движение щеток способствует чрезмерному нагреву генератора. Система воздушного охлаждения с вентилятором, используемая в СА, в целом достаточно надежна, но имеет главный недостаток — всасывание веника. Активное всасывание пыли, грязи и влаги часто приводит к сбоям в работе системы.

Но прогресс не стоит на месте, и сегодня ведущие производители находят новые способы защиты устройств от внешних воздействий.

Выбирая генератор переменного тока, обратите внимание на то, к какому классу защиты он относится.

Недостатки генераторов переменного тока со щетками:

• попадание пыли и влаги;
• необходимость периодического техосмотра и замены щеток;
• высокая стоимость;
• создание помех для радиоволн.

Сильные и слабые стороны асинхронных альтернаторов

Движущаяся часть бесщеточного АА не имеет обмотки и выглядит как маховик. Только магнитное поле и конденсаторы обеспечивают работу этих устройств. Технически они чрезвычайно просты, долговечны и не требуют постоянного обслуживания. Пыль и засоры не проникают в бесщеточные генераторы, как и атмосферные осадки, независимо от угла наклона. Кроме того, не требуется охлаждение. Поэтому АА обеспечивают высокий уровень защиты. Отсутствие вентилятора и медной обмотки делает эти устройства намного легче. Однако самым важным преимуществом бесщеточной конструкции является нечувствительность к коротким замыканиям, что особенно важно для сварочных генераторов.

Итак, давайте перечислим все преимущества АА:

• хорошая защита;
• небольшие габариты и масса;
• низкая стоимость;
• отсутствие необходимости менять щетки.

Основным недостатком бесщеточных конструкций является нестабильность выходного напряжения, что в основном связано с нетерпимостью к инерционным нагрузкам. В сопроводительных документах к АА упоминается возможность отклонения от правила 10 %, но в действительности скачки могут быть еще больше. Подключение системы АВР к этим устройствам не предусмотрено.

Колебания напряжения в сети могут привести к повреждению дорогостоящих компьютеров и другого высокоточного оборудования. Поэтому при покупке электростанций с асинхронными генераторами необходимо устанавливать дополнительный пусковой усилитель для нормализации выходного тока. Следует отметить, что некоторые надежные производители предлагают двигатели, которые могут поддерживать стабильную скорость во время колебаний сети, что также помогает стабилизировать выходное напряжение.

СИНХРОННЫЙ АЛЬТЕРНАТОР: ПРЕИМУЩЕСТВА В РАБОТЕ

Высококачественный современный генератор переменного тока имеет медную обмотку, через которую ток поступает на ротор. Иногда дешевые и некачественные модели генераторов переменного тока оснащаются алюминиевой обмоткой. Это хорошо подходит для периодического использования с небольшими нагрузками. А для получения высококачественного тока лучше купить генератор с медной обмоткой от солидного и проверенного бренда. Помимо обмотки, имеются скользящие контакты, называемые щетками, задача которых — передавать напряжение от неподвижной части к подвижной, чтобы через них протекал электрический ток. Медная обмотка и расположение щеток на роторе обеспечивают безотказную передачу пусковых нагрузок и кратковременных перегрузок генератора. Следовательно, синхронный генератор вырабатывает выходное напряжение без колебаний и пиков напряжения. Минимальное отклонение может составлять около 5 %. По мнению отраслевых экспертов, синхронная генераторная установка лучше асинхронной, поскольку она обеспечивает высококачественную и чистую энергию. Известная функция автоматического регулятора напряжения (AVR) работает только в синхронной генераторной установке. Это особенно важно для питания электронного оборудования, такого как ноутбуки, принтеры, компьютеры, модемы и телефоны. Чувствительное лабораторное и медицинское оборудование также нуждается в хорошем и стабильном электропитании. В быту генератор стеклоочистителя наиболее полезен, поскольку он также обеспечивает качественным питанием холодильники, телевизоры и стиральные машины, которые чувствительны к перепадам напряжения.

Давайте рассмотрим преимущества устройства с щеткой и катушкой:

Читайте также: электрик, кто такой электрик, чем занимается, должностная инструкция.

• Стабильное напряжение
• Ток самого высшего качества
• Надежная работа

Разнообразие модельного ряда

Сегодня продаются различные типы современных электрогенераторов, каждый из которых может выполнять ту или иную задачу. Таким образом, каждый потребитель может выбрать наиболее подходящую модель оборудования с требуемыми эксплуатационными характеристиками. Следующие типы генераторов пользуются сегодня большим спросом:

• Асинхронное устройство двойного типа. В таком генераторе подключена как роторная, так и статорная обмотки. График работы носит асинхронный характер.
• Турбо. Агрегат отличается неявнополюсным строением генератора, изготавливается из турбин разного вида. К основным положительным характеристикам можно отнести высокую скорость оборотов, которая варьируется в пределах 6 тыс. в минуту.
• Синхронный компенсатор. Такой агрегат является поставщиком реактивной мощности, благодаря чему активно используется для повышения качества электроэнергии.
• Гидро. Ротор имеет существенное отличие от всех аналогов, так как присутствуют специальные полюса. Используется для выработки электроэнергии, работает исключительно на малых оборотах.

СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР: ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ СТОРОНЫ

Наличие щеточного узла также имеет недостатки в эксплуатации. Например, обмотка генератора нагревается из-за постоянного скольжения этих щеток по ротору. Для предотвращения перегрева используется система воздушного охлаждения с вентилятором. Эта система приемлема и надежна, но имеет побочный эффект «эффекта веника». Открытая конструкция щеточного генератора способствует всасыванию грязи, пыли и влаги внутрь. Именно поэтому эти генераторы имеют низкий класс защиты. Но время идет вперед, и многие производители сделали ряд инновационных разработок, чтобы их генераторы были хорошо защищены от влаги, пыли и грязи.Решая, какой генератор лучше, обратите внимание на класс защиты, иначе необходима частая чистка щеточного узла, мусор и пыль могут сломать генератор. Хорошим способом предотвращения поломки генератора является периодическая замена щеток. Лучшие медно-графитовые щетки следует заменять каждые три-четыре года, а угольные щетки — не реже одного раза в два года.

Недостатки щетки:

• Охлаждающий вентилятор тянет пыль вовнутрь
• Нужно проводить техосмотр – замену щеток
• Более высокая цена
• Еще одним немаловажным минусом щеток является создание радиопомех.

Синхронные и асинхронные генераторы. Отличия и особенности.

Современные и асинхронные генераторы. Синхронные и асинхронные

В этой статье рассматриваются различия между синхронными и асинхронными генераторами. Кажется, что вопрос довольно простой и не требует детального изучения, можно открыть учебник физики и все прочитать, а в интернете должно быть много информации. Верно, но не у каждого есть учебник физики, а в интернете слишком много противоречивой информации.

На разных сайтах публикуются противоречивые определения одного и того же понятия.

В этой статье мы дадим точное описание, максимально полное и понятное.

Что такое электростанция, генератор и двигатель, вы уже прочитали в статье на нашем сайте с таким названием или можете прочитать: «Что такое генератор/электростанция».

Первое определение современного генератора — техническое, второе — более практическое. Первый поможет вам понять устройство и принцип работы генератора, а второй — применить эти знания и более точно определить тип генератора, который вам нужен.

Современный генератор

I. Синхронный генератор — это машина, вырабатывающая ток, в которой частота вращения магнитного поля стартера1 равна частоте вращения ротора2. Ротор с его магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое проходит через обмотку стартера и индуцирует в ней ЭЭД3.

В синхронном генераторе переменного тока ротор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Количество полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но ДОЛЖНО быть кратно двум. На отечественных электростанциях обычно используется биполярный ротор. Это объясняет скорость вращения двигателя генераторной установки, которая составляет 3000 об/мин4.

При запуске генераторной установки ротор генерирует слабое магнитное поле, но по мере увеличения скорости вращения ЭЭД в обмотке возбуждения возрастает. Напряжение этой обмотки подается через AVR на ротор, регулируя выходное напряжение по мере изменения магнитного поля. На примере, подключение индуктивной нагрузки размагничивает генератор и уменьшает напряжение, а подключение емкостной нагрузки намагничивает генератор и увеличивает напряжение. Это явление называется реакцией якоря.

Обеспечение постоянного выходного напряжения достигается за счет изменения магнитного поля якоря путем регулировки тока якоря. Основным преимуществом современного генератора является высокая стабильность выходного напряжения. Недостатком современных генераторов является возможность перегрузки по току, так как AVR может чрезмерно увеличить ток в обмотке ротора при превышении допустимой нагрузки. Кроме того, современные генераторы требуют регулярного технического обслуживания, хотя и не очень часто5.

II. Синхронный генератор — это тип генератора, который в течение короткого времени может выдавать ток в 3-4 раза больше номинального. Кроме того, синхронные генераторы оптимальны для подключения устройств с высокими пусковыми токами. К ним относятся электродвигатели, насосы, компрессоры, циркулярные пилы и другие электроинструменты. Электростанции с современными генераторами также рекомендуются для подключения сварочных аппаратов.

Читайте также: Как использовать стерилизующую лампу

Как использовать индукционный генератор

I. Асинхронный генератор — это асинхронный двигатель, который работает в режиме торможения. В этом случае ротор вращается в том же направлении, что и магнитное поле стартера, но с опережением.

Асинхронное оборудование

Генераторы, работающие на переменном токе, называются асинхронными генераторами. Бесщеточный генератор переменного тока может использоваться как в качестве генератора, так и в качестве двигателя. Блок управления быстро переключается с работы двигателя на работу источника бесперебойного питания.

Технические особенности

Асинхронный генератор имеет более медленное вращение поля статора, чем синхронный генератор. Чтобы перейти от работы двигателя к работе генератора, стоит увеличить скорость вращения ротора. Вращающийся элемент больше не следует за магнитным полем и меняет свое направление.

Читайте также: как узнать номер счетчика электроэнергии петроэлектросбыта.

Этот процесс происходит, когда группа конденсаторов подключается к сети. Детали начинают заряжаться и накапливать энергию электрических полей. Фаза имеет заряд, противоположный полюсу источника. Ротор замедляется, вырабатывая электроэнергию.

Особенности техники Источник bijlibachao.com

Асинхронные структуры потребляют энергию, необходимую для генерации магнитного поля. Ток подается на двигатель, и на выходе вырабатывается механическая энергия. Скорость перехода из одного режима в другой зависит от характеристик вращения или торможения.

Поскольку щетки отсутствуют, модели называются бесщеточными. Ротор трехфазного асинхронного генератора имеет форму «короткозамкнутой клетки». Решетчатая структура в одной детали тормозит детали, создавая эффект скольжения. Во время механического толчка остаточное излучение в деталях создает поля, которые динамически взаимодействуют.

Типы генераторов

Асинхронные генераторы переменного тока различают по рабочим параметрам. В таких конструкциях роторы либо находятся вне фазы, либо закорочены. Из-за сложной конструкции первого типа обслуживание обходится дорого. Второй имеет движущиеся части в виде цилиндра из стержней и колец, несколько напоминающего белку.

Конструкция генератора переменного тока Источник dthy6505696.en.made-in-china.com

Устройство генератора переменного тока

Принципиальная схема однофазного 4-полюсного генератора переменного тока. Альтернатор с вращающимися магнитными полюсами и неподвижным статором. Поперечное сечение через генератор автомобиля. Показаны полюсные клеммы. Активная нагрузка (соединение звездой) подключается к трехфазному генератору переменного тока (соединение звездой), нулевой проводник опущен. Дизайн может быть самым разнообразным:

• генераторы с неподвижными магнитными полюсами и вращающимся якорем;
• генераторы с вращающимися магнитными полюсами и неподвижным статором.

Последние более распространены, так как вывод из эксплуатации обмотки статора устраняет необходимость откачки большого количества высоковольтного тока из ротора с помощью скользящих контактов (сбрасывателей) и контактных колец.

Подвижная часть генератора называется ротором, неподвижная — статором.

Статор состоит из отдельных железных листов, изолированных друг от друга. На внутренней стороне статора имеются пазы, в которые вставляются провода обмотки статора генератора.

Ротор обычно изготавливается из цельного железа, а клеммы магнитных полюсов на роторе — из листового металла. Во время вращения между статором и концами полюсов ротора существует минимальное расстояние для создания максимально возможной магнитной индукции. Геометрия полюсных наконечников выбирается таким образом, чтобы генератор вырабатывал ток, максимально приближенный к синусоидальному.

Полюсные сердечники имеют катушки возбуждения, на которые подается постоянный ток. Постоянный ток проходит через щетки к контактным кольцам на валу генератора.

Альтернаторы классифицируются по типу возбуждения:

• генераторы, обмотки возбуждения которых питаются постоянным током от постороннего источника электрической энергии, например от аккумуляторной батареи ( генераторы с независимым возбуждением ).
• генераторы, обмотки возбуждения которых питаются от постороннего генератора постоянного тока малой мощности ( возбудителя ), сидящего на одном валу с обслуживаемым им генератором.
• генераторы, обмотки возбуждения которых питаются выпрямленным током самих же генераторов ( генераторы с самовозбуждением ). См также бесщёточный синхронный генератор.
• генераторы с возбуждением от постоянных магнитов.

В структурном отношении можно выделить:

• генераторы с явно выраженными полюсами;
• генераторы с неявно выраженными полюсами.

В зависимости от количества фаз их можно различать:

• Однофазные генераторы. См. также конденсаторный двигатель, однофазный двигатель.
• Двухфазные генераторы. См. также двухфазная электрическая сеть, двухфазный двигатель.
• Трёхфазные генераторы. См. также трёхфазная система электроснабжения, трёхфазный двигатель.

По соединению фазных обмоток трехфазного генератора:

• шестипроводная система Тесла (практического значения не имеет);
• соединение «звездой»;
• соединение «треугольником»;
• соединение шести обмоток в виде одной «звезды» и одного «треугольника» на одном статоре.

Наиболее распространенной схемой является звезда с нейтралью (четырехпроводная схема), которая легко компенсирует перекос фаз и устраняет постоянную составляющую и паразитные кольцевые токи в обмотках генератора, которые приводят к потерям мощности и перегреву.

Однофазный или трехфазный генератор?

Многие домовладельцы убеждены, что трехфазный генератор лучше однофазного. Для неопытных электриков логика проста: три фазы больше, чем одна, и поэтому лучше. В действительности выбор между однофазным и трехфазным источником питания зависит от потребностей конечного пользователя.

Трехфазный генератор предназначен не для питания трех групп однофазных потребителей, а для питания трехфазных приборов. Это не на пользу жильцам, а на пользу электрикам, которым нужна дорогая система защиты электросети, установка которой может сэкономить кучу денег. Современные бытовые приборы обычно однофазные — трехфазное потребление было характерно для старых моделей электроплит и электродвигателей.

Трехфазные электростанции имеют общий недостаток — если мощность такого генератора составляет, например, 10 кВт, то на каждую фазу необходимо всего 3,3 кВт. Максимальное смещение силовой нагрузки между фазами не должно превышать 25% от номинальной мощности, что составляет 1/3 от полной мощности генератора. Поэтому однофазный генератор мощностью 4,5 кВт в конечном итоге мощнее трехфазного генератора мощностью 10 кВт.

Асинхронное оборудование

Генераторы, работающие на переменном токе, называются асинхронными генераторами. Бесщеточный генератор переменного тока может использоваться как в качестве генератора, так и в качестве двигателя. Блок управления быстро переключается с работы двигателя на работу источника бесперебойного питания.

Технические особенности

Асинхронный генератор имеет более медленное вращение поля статора, чем синхронный генератор. Чтобы перейти от работы двигателя к работе генератора, стоит увеличить скорость вращения ротора. Вращающийся элемент больше не следует за магнитным полем и меняет свое направление.

Этот процесс происходит, когда группа конденсаторов подключается к сети. Детали начинают заряжаться и накапливать энергию электрических полей. Фаза имеет заряд, противоположный полюсу источника. Ротор замедляется, вырабатывая электроэнергию.

Особенности техники Источник bijlibachao.com

Читайте также.

Асинхронные структуры потребляют энергию, необходимую для генерации магнитного поля. Ток подается на двигатель, и на выходе вырабатывается механическая энергия. Скорость перехода из одного режима в другой зависит от характеристик вращения или торможения.

Поскольку щетки отсутствуют, модели называются бесщеточными. Ротор трехфазного асинхронного генератора имеет форму «короткозамкнутой клетки». Решетчатая структура в одной детали тормозит детали, создавая эффект скольжения. Во время механического толчка остаточное излучение в деталях создает поля, которые динамически взаимодействуют.

Типы генераторов

Асинхронные генераторы переменного тока различают по рабочим параметрам. В таких конструкциях роторы либо находятся вне фазы, либо закорочены. Из-за сложной конструкции первого типа обслуживание обходится дорого. Второй имеет движущиеся части в виде цилиндра из стержней и колец, несколько напоминающего белку.

Конструкция генератора переменного тока Источник dthy6505696.en.made-in-china.com

В завершение

Рассматриваемые типы генераторов, за исключением инверторных, используются не только в электростанциях для бытового использования (малой мощности), но и при строительстве более крупных электростанций мегаваттного диапазона.

Следующий материал посвящен двигателям внутреннего сгорания, которые служат приводными системами в электрогенераторах. Конечно, генератор может приводиться в действие не только двигателями, работающими на дизельном топливе, бензине или природном газе, но и системами, использующими энергию ветра или воды для вращения ротора — об этом речь пойдет в одной из следующих статей.

Альтернатор генератора: синхронный (щеточный) или асинхронный (бесщеточный) — принцип работы и особенности

Выбор генератора всегда был непростым делом, и нередко даже те, кто знаком с этим типом оборудования, испытывают затруднения при выборе, не говоря уже о неподготовленном потребителе.

При выборе электрогенератора для лома или промышленного применения существует множество аспектов, которые необходимо знать и принимать во внимание, чтобы сделать правильный выбор машины, которая оставит вас полностью удовлетворенным ее работой.

Сегодня мы поговорим о том, как правильно выбрать генератор в зависимости от типа генератора, чтобы бензиновый генератор обеспечивал стабильное напряжение и не вызывал никаких нарушений в работе. На первый взгляд, вопрос очень сложный, но все не так страшно, как кажется, выбор будет колебаться всего между двумя типами генераторов переменного тока, синхронным, то есть бесщеточным, или асинхронным, бесщеточным генератором. Сегодня чаще всего покупают именно современные модели генераторов переменного тока, и ниже вы увидите, почему. Мы надеемся дать вам как можно больше информации в этой статье.

Все об альтернаторе

Для начала немного о самом названии, в начале, когда технология, используемая для выработки электроэнергии, так и называлась — генератор, позже стали называть генератором, комплектом, а генератор и двигатель и другие его части вместе, название более простое и отражает суть такого агрегата — преобразование одного вида энергии в другой.

Что касается генератора, то можно с абсолютной уверенностью сказать, что это самая важная часть любого генератора, так как он отвечает за самую важную задачу этого устройства — преобразование кинетической работы, производимой при вращении вала двигателя, в переменный ток. Генератор переменного тока, как и любой другой электродвигатель, состоит из подвижной и неподвижной частей, статора и ротора.

Вращение в генераторе создается силой электродвигателя, а для его создания в обмотке должно быть возбуждено магнитное поле. В этом отношении разницы между генераторами нет, разница лишь в способе передачи электромагнитного поля на обмотку статора, т.е. синхронные и асинхронные генераторы. Конструктивно разница заключается в том, что синхронный генератор имеет обмотку в роторе, а асинхронный — нет, и метод передачи соответственно отличается.

Не слишком углубляясь в теорию и изучая конструкцию генераторов переменного тока, можно кратко сказать, что синхронный генератор имеет более сложную структуру из-за наличия щеток и обмоток в роторе и статоре, в то время как асинхронный генератор представляет собой более простую конструкцию. Последний считается менее надежным и менее долговечным, но это не делает его хуже первого. Все зависит от условий, в которых используется генератор, и существует множество факторов, которые могут сделать или сломать его.

Достоинства синхронного альтернатора

Существует разница между типом обмотки, которую будет иметь ваш генератор. Если вы хотите приобрести дизельный генератор переменного тока для нечастых запусков и не собираетесь эксплуатировать его с очень большой нагрузкой, то имеет смысл сэкономить и приобрести алюминиевый тип, но если генератор будет работать часто и должен выдерживать достаточно большую нагрузку, то вам следует рассмотреть вариант с медной обмоткой. Генератор переменного тока с медной обмоткой обеспечит наилучшее качество выходной мощности. Важной частью современного генератора переменного тока являются щетки, которые отвечают за передачу энергии от статора к ротору. Главное преимущество такого генератора в том, что он способен выдерживать пиковые нагрузки и кратковременные колебания и вырабатывать на выходе высококачественную электроэнергию, что и делает его столь популярным. Следует также отметить, что с таким генератором совместима только система AVR. Современный генератор лучше подходит для бытового использования для питания дома или другого объекта, подверженного скачкам напряжения. Следует отметить, что стоимость этого оборудования высока, такой генератор стоит дороже асинхронного генератора.

Недостатки синхронного альтернатора

Основным недостатком синхронного генератора является то, что он требует довольно тщательного обслуживания. Щетки необходимо заменять через регулярные промежутки времени. График замены напрямую зависит от того, какие щетки установлены в генераторе: Угольные щетки изнашиваются быстрее, медно-графитовые щетки изнашиваются больше. Помимо того, что щеточный узел имеет изнашиваемые детали, такие как щетки, которые необходимо регулярно заменять, сам генератор нагревается из-за трения щеток о ротор и поэтому нуждается в охлаждении, что имеет побочный эффект.

Подведение итогов, какой альтернатор выбрать: синхронный или асинхронный

При выборе между синхронным и асинхронным генератором следует учитывать условия эксплуатации и предполагаемое использование генератора.

Чтобы обеспечить дом или коттедж стабильным электроснабжением без скачков напряжения, обязательно нужно купить синхронный генератор или щеточный, так как он гарантирует выходное напряжение и качество тока, что очень важно при подключении чувствительных приложений. Такой генератор также подходит для использования в медицинском оборудовании, лабораторном оборудовании или офисной технике. Для всех этих целей следует приобретать модели с функцией AVR.

Если основное назначение генератора — наружные строительные работы, где грязь, пыль и влага являются проблемой, стоит приобрести генератор с асинхронным генератором переменного тока, который очень устойчив ко всем этим факторам. Кроме того, он подходит для сварочного оборудования, поскольку исключает риск короткого замыкания во время работы такого оборудования.

На нашем сайте вы также найдете широкий выбор бензиновых генераторов AGT или бензиновых генераторов Iron Angel.

Генератор и закон электромагнетизма Фарадея

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, магнитные силовые линии пересекаются, когда проводник движется через магнитное поле. По этой причине в проводнике индуцируется электродвижущая сила (ЭДС).

Величина индуцированной электродвижущей силы проводника напрямую связана с разницей в скорости магнитного потока, действующего на проводник (магнитная сила). Электродвижущая сила вызывает ток при замыкании проводника.

Итак, основными элементами, обеспечивающими работу генератора, являются проводники магнитного поля, которые движутся в магнитном поле тока. Чтобы лучше понять, как работает генератор постоянного тока, давайте рассмотрим простой чертеж.

Генератор постоянного тока – принцип работы

На следующем рисунке показана одиночная петля прямоугольного проводника, лежащего между двумя противоположными полюсами магнита.

Обычно предполагается, что прямоугольный контур проводника (ABCD) вращается вокруг своей оси N — N1 в магнитном поле.

В момент поворота контура проводника из вертикального положения в горизонтальное происходит «прерывание» линии потока магнитного поля. На двух сторонах контура проводника (AB и CD) создается HED за счет «пересечения» линий магнитного потока с обеих сторон.

По мере продвижения петли естественным образом создается энергетический контур. Направление тока в этом случае определяется законом Флеминга. Этот закон электродинамики гласит:

Если вытянуть ладонь правой руки так, чтобы большой, указательный и средний пальцы были перпендикулярны друг другу, то направление большого пальца указывает на движение проводника, указательного — на магнитное поле, а среднего — на направление тока, протекающего через проводник.

Если теперь рассмотреть применение правила Флеминга к правой руке, то горизонтальное положение петли характеризуется потоком энергии из зоны А в зону В, в то время как на другой стороне петли энергетический потенциал постоянен на участке от зоны С до зоны D.

Поскольку цикл продолжается (петля проводника продолжает двигаться), кажется логичным вернуть петлю из горизонтального положения в вертикальное. Однако сторона CD теперь находится вверху, а сторона AB — внизу.

Тангенциальное движение сторон ротора

Когда петля находится в таком положении, тангенциальное движение сторон петли отмечается параллельно линиям потока магнитного поля. Следовательно, «пересечение» линий магнитного поля не обнаруживается. Такое состояние петли логически исключает возникновение тока в проводнике.

Если продолжить контур, контур вернется в горизонтальное положение. Однако сторона AB контура теперь находится в области N полюса, а сторона CD — в области S полюса. В результате получается положение, прямо противоположное предыдущему горизонтальному положению, как показано на рисунке ниже.

Здесь тангенциальное движение сторон петли перпендикулярно линиям потока, так что «предельная скорость» магнитного потока максимальна.

Исходя из правила правой руки Флеминга, приведенное выше положение создает ток, текущий из зоны B в зону A с одной стороны контура и из зоны D в зону C с другой стороны контура.

Теперь, если вращение рамки вокруг своей оси продолжается, каждый раз, когда сторона AB входит в зону полюса S, ток течет из зоны A в зону B. Когда эта сторона цепи входит в зону полюса N, ток течет из зоны B в зону A. Процесс аналогичен для противоположной стороны рамки.

Если обобщить это явление на различные пути, то возникает логический вывод. Когда одна из двух сторон петли входит в область N-полюса, энергия проходит через эту часть петли в одном направлении и далее в область S-полюса, но в другом направлении.

Генераторы (альтернаторы) переменного тока

Конструкция генератора включает магнитные полюса, установленные на вращающейся части машины, называемой ротором, как показано на следующем рисунке. Ротор вращается внутри статора. Магнитные полюса выступают в корпус ротора.

Проводники якоря расположены в статоре. В проводниках якоря, представленных сегментами (aa’, bb’, cc’), индуцируется трехфазное переменное напряжение, что приводит к трехфазному суммарному электрическому выходу.

На большинстве современных электростанций используется аналогичная конструкция трехфазного генератора. Генератор переменного тока (синхронный генератор) является важным инструментом для общественного сектора, а для энергетической промышленности это устройство имеет огромное значение.

Генератор переменного тока часто называют синхронным генератором. Эта интерпретация основана на очевидных факторах. Магнитные полюса генератора вращаются с синхронной скоростью, которая рассчитывается по следующей формуле:

Ns = 120 f / P

где f — частота переменного тока, а P — число магнитных полюсов.

Большинство практических конструкций генераторов имеют неподвижную обмотку якоря и вращающееся магнитное поле. Это отличает машину от генератора постоянного тока, где расположение элементов конструкции в точности обратное.

Типичный вариант генератора рассчитан на очень высокую мощность, порядка нескольких сотен мегаватт. И этот фактор является еще одним отличием по сравнению с генераторами постоянного тока.

Чтобы достичь такой высокой производительности, вес и размер, конечно, должны увеличиться. Но для достижения высокого КПД имеет смысл заменить сильные обмотки якоря на менее сильные.

Уменьшение мощности обмотки помогает снизить вес, поскольку центробежная сила, необходимая для вращения ротора, уменьшается, и становится возможной более высокая скорость вращения. Существует два основных типа роторов в генераторах переменного тока:

1. Ротор выступающих полюсов.
2. Ротор гладкий цилиндрический.

Ротор выступающих полюсов

Первый тип обычно используется в низкоскоростных машинах с большими диаметрами и относительно короткой осевой длиной. В этом случае полюса состоят из толстых стальных пластин, которые склеены между собой и механически прикреплены к ротору.

Как уже упоминалось, генератор переменного тока в основном отвечает за выработку очень высокой электрической мощности.

Для достижения высокой мощности механический крутящий момент также должен быть очень высоким. Такое высокое значение крутящего момента приводит к эффекту генерации в современной машине.

В то же время власть должна быть ограничена определенными рамками. По этой причине тормоз реализуется с помощью демпфирующих обмоток на магнитных полюсах, как показано на рисунке.

Демпфирующие обмотки генератора представляют собой медные клеммы, короткозамкнутые с обеих сторон и установленные в отверстиях полюсного вала.