Alternator: uređaj, načelo rada, namjena

Električna struja je glavni tip energije, radeći koristan rad u svim sferama ljudskog života. Pokreće različite mehanizme, daje svjetlost, zagrijava kuće i potiče cijeli niz uređaja koji pružaju našu udobnu egzistenciju na planeti. Doista, takva energija je univerzalna. Od nje možete dobiti sve što vam se sviđa, pa čak i veliko uništenje s lošim upravljanjem.

Ali bilo je vremena kada su električni efekti još bili prisutni u prirodi, ali nisu pomogli osobi. Što se od tada promijenilo? Ljudi su počeli proučavati fizičke pojave i izumili zanimljive strojeve - pretvarače, koji su općenito napravili revolucionarni skok naše civilizacije, dopuštajući osobi da dobije jednu energiju od druge.

Tako su ljudi naučili proizvoditi električnu energiju iz običnog metala, magneta i mehaničkog gibanja - to je sve. Izgrađeni su generatori, sposobni za stvaranje golemih strujnih tokova, izračunati u megawattima. No, zanimljivo je da načelo rada tih strojeva nije tako komplicirano i može biti čak i razumljivo čak i za tinejdžera. Što je generator struje? Pokušajmo razumjeti ovo pitanje.

Učinak elektromagnetske indukcije

Osnova za pojavu u vodiču električne struje je elektromotorni silom - EMF. Može se napuniti napunjene čestice, koje su mnoge u bilo kojem metalu. Ova sila pojavljuje se samo ako vodič prolazi kroz promjenu intenziteta magnetskog polja. Sposobnost je nazvana elektromagnetskom indukcijom. Emf je veći, veća je brzina promjene u toku magnetskih valova. To znači da možete premjestiti dirigent u blizini trajnog magneta ili utjecati na polje elektromagneta pomoću nepokretne žice, mijenjajući njegovu snagu, učinak će biti isti - električnu struju će se pojaviti u vodiču.

O tom pitanju u prvoj polovici XIX stoljeća, znanstvenici su radili Oersted i Faraday. Također su otkrili taj fizički fenomen. Kasnije, na osnovi elektromagnetskih indukcija, stvoreni su strujni generatori i elektromotori. Zanimljivo je da se ovi strojevi lako mogu pretvoriti u svaki drugi.

Kako funkcioniraju DC i AC generatori?

Jasno je da je generator električne struje elektromehanički stroj koji generira struju. Ali u stvari to je pretvarač energije: vjetar, voda, toplina, sve u EMF-u, što već uzrokuje struju u vodiču. Uređaj bilo kojeg generatora se u osnovi ne razlikuje ni na koji način od zatvorenog vodičkog kruga koji se zakreće između polova magneta, kao u prvim eksperimentima znanstvenika. Samo mnogo više je magnituda magnetskog toka proizvedenog snažnim trajnim ili češće magnetskim magnetima. Zatvoreni kontura ima oblik zavojnog okretanja, koji u modernom generatoru nije jedan, već najmanje tri. Sve je to učinjeno kako bismo dobili što više EMF-a.

Standardni generator električnog alternatora (ili stalnog) sastoji se od:

• kućište. Izvršava funkciju okvira, unutar kojega je stator pričvršćen polovima elektromagneta. Instalirao je ležajevi protiv ručice osovine rotora. Izrađen je od metala, štiti i cjelokupnu unutarnju punjenje stroja.
• Stator s magnetskim stupovima. Na njemu je fiksirano navijanje uzbude magnetskog toka. Izrađen je od feromagnetskog čelika.
• Rotor ili armatura. To je pokretni dio generatora, čija osovina generira vanjsku silu u okretno gibanje. Na jezgri armature nalazi se namotaj samoizljevanja, gdje se stvara električna struja.
• Čvorovi komutacije. Ovaj strukturni element služi za skretanje struje s pokretnog vratila rotora. To uključuje vodljive prstenove koji su pomično spojeni na kolektore grafita.

Stvaranje izravne struje

U generatoru koji stvara istosmjernu struju, provodni krug rotira u prostoru magnetske zasićenosti. A za određeni trenutak rotacije, svaka polovica konture je blizu jednog ili drugog pola. Punjenje u vodiču za ovaj polu-skretanje se pomiče u jednom smjeru.

Da bi se dobio uklanjanje čestica, napravljen je mehanizam za uklanjanje energije. Njegova je značajka da je svaka polovica namota (okvir) povezana s vodljivim polu-prstenom. Poluproizvodi nisu međusobno zatvoreni, već su pričvršćeni na dielektrični materijal. Tijekom razdoblja kada jedan dio namota počne proći određeni stup, polukrug se zatvara u električni krug pomoću skupina kontaktnih četkica. Ispada, na svakom terminalu dolazi samo jedna vrsta potencijala.

Točnije je pozvati energiju ne konstantnom, već pulsiranjem, uz konstantnu polaritet. Pulsiranje je uzrokovano činjenicom da magnetski tok do vodiča tijekom rotacije ima i maksimalni i minimalni učinak. Kako bi se uskladilo ovo valovitost, na rotoru i moćnim kondenzatorima na ulazu kruga koriste se nekoliko zavojnica. Kako bi se smanjio gubitak magnetskog toka, razmak između armature i statora je minimiziran.

Krug alternatora

Kada se pokretni dio strujnog generatorskog uređaja rotira, EMF se također inducira u vodičima okvira, kao u DC generatoru. No, malu značajku - generator izmjeničnog napajanja čvora kolektora ima drugu. U njemu je svaka igla spojena na njegov vodljivi prsten.

Načelo alternatora je sljedeće: kada polovica navoja prolazi blizu jednog pola (druga, odnosno blizu suprotnog pola), struja teče u jednom smjeru od minimalne do najviše vrijednosti i ponovno do nule. Čim namotaji mijenjaju svoj položaj u odnosu na polove, struja započinje kretanje u suprotnom smjeru s istom pravilnošću.

Na ulazu kruga dobiva se valni oblik u obliku sinusoida s poluvalnom frekvencijom koja odgovara rotirajućem rotacijskom vratilu. Da bi se dobio stabilni signal na izlazu, gdje je frekvencija alternatora konstantna, rotirajući rotacijski mehanički dio mora biti nepromijenjen.

Magnetski generatori tip plina

Konstrukcije strujnih generatora, gdje se koriste umjeren metalni okvir kao nosač naboja, koriste se vodljiva plazma, tekućina ili plin, nazivaju se generatori MHD. Tvari pod tlakom pokreću se u području magnetske napetosti. Pod utjecajem istog EMF indukcije, nabijene čestice stječu smjerno gibanje, stvarajući električnu struju. Magnituda struje izravno je proporcionalna brzini prolaska kroz magnetsku fluks, kao i njegovu snagu.

MHD generatori imaju jednostavnije konstruktivno rješenje - nemaju mehanizam rotacije rotora. Takva napajanja su sposobna isporučiti velike količine energije u kratkim vremenskim razdobljima. Koriste se kao sigurnosna kopija i u hitnim situacijama. Koeficijent koji određuje korisni učinak (učinkovitost) tih strojeva je veći od onog električnog alternatora.

Zamjenska struja sinkronog generatora

Postoje takve vrste alternatora:

• Strojevi su sinkroni.
• Strojevi asinkroni.

Sinkroni alternator ima strog fizički odnos između rotacijskog gibanja rotora i generirana frekvencijom struja. U takvim sustavima rotor je elektromagnet sastavljen od jezgri, stupova i uzbudljivih namota. Potonji se napajaju izravnim izvorom struje kroz četke i kontakte prstena. Stator je spiralna žica, povezana zvjezdanim principom s uobičajenom točkom - nula. Već su potaknuli EMF i stvorili struju.

Osovina rotora pokreće s vanjskom silom, obično turbinama, čija frekvencija gibanja je sinkronizirana i konstantna. Električni krug spojen na ovaj generator je trofazni krug, frekvencija struje u zasebnoj liniji pomaknuta je fazom od 120 stupnjeva od drugih linija. Da bi se dobio pravilan sinusoid, smjer magnetskog toka u lumenu između statora i dijelova rotora regulira se struktura potonjeg.

Uzbude izmjeničnog strujnog generatora ostvaruju se dvije metode:

1. Kontakt.
2. Beskontaktna.

U krugu uzbude kontakta, struja drugog generatora se dovodi kroz zavojnice elektromagneta kroz četkicu. Ovaj generator može se kombinirati s glavnim vratilom. To u pravilu ima manje snage, ali dovoljno za stvaranje jakog magnetskog polja.

Na principu bez kontakta, sinkroni generator na osovini ima dodatne trofazne namote u kojima se elektromagnetsko zračenje inducira za rotaciju i generiranje električne energije. Isporučuje se preko ispravljačkog kruga na uzbudne zavojnice rotora. Strukturno, u ovom sustavu nema pokretnih kontakata, što pojednostavljuje sustav, što ga čini pouzdanim.

Asinkroni generator

Postoji asinkroni alternator. Uređaj se razlikuje od sinkronog. Ne postoji točna EMF ovisnost o frekvenciji kojom se rotor osovina okreće. Postoji takva stvar kao "slip S", koja karakterizira tu razliku utjecaja. Veličina sklizanja određena je izračunom, stoga je pogrešno misliti da u elektromehaničkom procesu nema asinkronog motora.

Ako je generator, u praznom hodu, napunjen, struja koja teče u namotima stvara magnetski tok koji sprječava rotor rotira na određenoj frekvenciji. To je slip, koji, naravno, utječe na proizvodnju EMF-a.

Moderni asinkroni alternator pokretnog dijela ima tri različita dizajna:

1. Šuplji rotor.
2. Kratki krug rotor.
3. Rotor faze.

Takvi strojevi mogu imati samo-i neovisnu pobudu. Prva shema je realizirana zbog uključivanja kondenzatora i poluvodičkih pretvarača u namatanje. Uzbuđenje neovisnog tipa stvara se dodatnim izvorom izmjenične struje.

Sheme prebacivanja generatora

Sve snažne napajanje električnih vodova proizvode trofaznu struju. Sadrže tri namotaja u kojima se stvaraju izmjenične struje s fazom pomaknutim jedna za drugom za 1/3 razdoblja. Ako uzmemo u obzir svaki pojedini navijanje takvog izvora napajanja, dobivamo jednofaznu izmjeničnu struju koja ide u red. Napon od nekoliko desetaka tisuća volti može proizvesti generator. 220 V potrošač prima od distribucijskog transformatora.

Svaki alternator je standardni uređaj za navijanje, ali veza s opterećenjem ima dvije vrste:

• zvijezda;
• trokut.

Načelo rada alternatora koji pokreće zvijezda podrazumijeva ujedinjavanje svih žica (nula) u jednu koja ide od opterećenja natrag do generatora. To je zbog činjenice da se signal (električna struja) prenosi uglavnom preko žice za namatanje (linearno), što se naziva faza. U praksi je vrlo povoljno, jer ne morate povući tri dodatne žice za povezivanje potrošača. Napon između vodova žice i linije i neutralnih žica bit će drugačiji.

Spajanjem namotaja generatora s trokutom međusobno se međusobno povezuju u jednom krugu. Od točaka njihove veze, linije se privlače potrošaču. Onda ne trebate bez žice, a napon na svakoj liniji će biti isti bez obzira na opterećenje.

Prednost trofazne struje prije jednostupne struje je manja inkontinencija tijekom ispravljanja. Ovo ima pozitivan učinak na napajanje, osobito DC motora. Također, trofazna struja generira rotirajući tok magnetskog polja, koji je sposoban za vožnju moćnih asinkronih motora.

Tamo gdje je to moguće generatori DC i AC

DC generatori su mnogo manji u veličini i težini od AC strojeva. Složeniji dizajn od potonjeg, još uvijek se koriste u mnogim industrijama.

Glavna distribucija koju su primili kao pogone velike brzine u strojevima gdje je potrebna kontrola brzine, na primjer, u strojevima za obradu metala, rudnicima, valjaonicama. U transportu, takvi generatori se ugrađuju na dizelske lokomotive, različite brodove. Mnogi modeli vjetroagregata sastavljeni su na temelju izvora konstantnog napona.

Izravan generatori struje specijalne namjene koriste se za zavarivanje, za uzbude namota generatora sinkronog tipa, kao izravno strujno pojačalo, za opskrbu galvanskih i elektroliznih postrojenja.

Svrha alternatora je proizvodnja električne energije na industrijskoj razini. Ova vrsta energije dala je čovječanstvu Nikolu Teslu. Zašto je naširoko upotrebljavani struja za preokret polariteta, a ne stalni? To je zbog činjenice da kada se prenosi DC napon, postoje velike gubitke u žicama. Što više žice, to su veći gubitci. Varijabilni napon može se prevesti na velike udaljenosti uz mnogo niže troškove. Štoviše, lako je pretvoriti izmjenični napon (spuštanje i podizanje), što generator stvara 220 V.

zaključak

Čovjek nije u potpunosti poznavao prirodu magnetizma, koja prožima sve oko sebe. A električna energija je tek mali dio otvorenih tajni svemira. Strojevi koji nazivamo generatorima energije su u suštini vrlo jednostavni, ali ono što nam mogu dati je nevjerojatno. Ipak pravi čudo ovdje nije u tehnologiji, već u mislima čovjeka koji bi mogao prodrijeti u neiscrpnu rezervoar ideja prolivenih u svemiru!