Pozdrav, poznavaoci svijeta električara i elektronike. Ako često gledate našu stranicu, vjerojatno se sjećate da smo nedavno objavili prilično obiman materijal o tome kako je DC generator uređen i radi. Detaljno smo opisali njegovu strukturu od najjednostavnijih laboratorijskih prototipova do modernih radnih jedinica. Obavezno ga pročitajte ako već niste.

Danas ćemo razviti ovu temu i shvatiti koji je princip alternatora. Razgovarajmo o područjima njegove primjene, sortama i još mnogo toga.

Počnimo s najosnovnijim - naizmjenična struja se razlikuje od jednosmjerne struje po tome što mijenja smjer kretanja s određenom periodičnošću. Također mijenja vrijednost, o čemu ćemo detaljnije govoriti kasnije.

Nakon određenog vremenskog perioda, koji ćemo nazvati "T", vrijednosti trenutnih parametara se ponavljaju, što se na grafikonu može prikazati kao sinusoida - valovita linija koja istom amplitudom prolazi kroz središnji linija.

Osnovni principi

Dakle, svrha i uređaj generatora naizmjenične struje, koji se ranije zvao alternator, je pretvaranje kinetičke energije, odnosno mehaničke, u električnu energiju. Velika većina modernih generatora koristi rotirajuće magnetno polje.

• Takvi uređaji rade zbog elektromagnetne indukcije, kada, kada se zavojnica od vodljivog materijala (obično bakrene žice) rotira u magnetskom polju, u njemu nastaje elektromotorna sila (EMF).
• Struja počinje da se formira u trenutku kada provodnici počnu da prelaze magnetne linije polja sile.

• Štaviše, vršna vrijednost EMF-a u provodniku se postiže kada prođe kroz glavne polove magnetskog polja. U onim trenucima kada klize duž linija sile, ne dolazi do indukcije i EMF pada na nulu. Pogledajte bilo koji od prikazanih dijagrama - prvo stanje će se posmatrati kada okvir zauzme vertikalni položaj, a drugo - kada je horizontalno.

• Za bolje razumijevanje tekućih procesa, morate zapamtiti pravilo desne ruke, koje su svi proučavali u školi, ali se malo ljudi sjeća. Njegova suština leži u činjenici da ako desnu ruku postavite tako da linije magnetskog polja ulaze u nju sa strane dlana, palac položen u stranu pokazat će smjer kretanja provodnika, a preostali prsti će pokazati smjer emf koji nastaje u njemu.
• Pogledajte gornji dijagram, pozicija "a". U ovom trenutku, EMF u okviru je nula. Strelice pokazuju smjer njegovog kretanja - dio okvira A kreće se prema sjevernom polu magneta, a B - južnom, dostižući koji će EMF biti maksimalan. Primjenjujući gore opisano pravilo desne ruke, vidimo da struja počinje teći u dijelu "B" u našem smjeru, a u dijelu "A" - dalje od nas.
• Okvir se dalje rotira i struja u kolu počinje da opada sve dok okvir ponovo ne zauzme horizontalni položaj (c).
• Daljnja rotacija uzrokuje da struja počne teći u suprotnom smjeru, jer su dijelovi okvira promijenili mjesta u odnosu na početni položaj.

Nakon pola okreta, sve će se ponovo vratiti u prvobitno stanje, a ciklus će se ponoviti. Kao rezultat toga, dobili smo da se tokom potpunog okretanja okvira struja povećala dva puta do maksimuma i pala na nulu, te jednom promijenila smjer u odnosu na početno kretanje.

Izmjenična struja

Općenito je prihvaćeno da je trajanje perioda cirkulacije 1 sekunda, a broj perioda "T" je frekvencija električne struje. U standardnim električnim mrežama u Rusiji i Evropi, u jednoj sekundi, struja mijenja smjer 50 puta - 50 perioda u sekundi.

U elektronici jedan takav period označava specijalna jedinica nazvana po njemačkom fizičaru G. Hercu. Odnosno, u datom primjeru ruskih mreža, trenutna frekvencija je 50 herca.

Općenito, naizmjenična struja je našla vrlo široku primjenu u elektronici zbog činjenice da: njen napon se vrlo lako mijenja pomoću transformatora koji nemaju pokretne dijelove; uvijek se može pretvoriti u jednosmjernu struju; uređaj takvih generatora je mnogo pouzdaniji i jednostavniji nego za generiranje istosmjerne struje.

Struktura alternatora

Kako je uređen generator naizmjenične struje, u principu je razumljivo, ali kada ga uporedimo sa kolegom za generiranje konstantne struje, nije moguće odmah uočiti razliku.

Glavni radni dijelovi i njihova veza

Ako ste pročitali prethodni materijal, onda se vjerojatno sjećate da je okvir u najjednostavnijem krugu bio spojen na kolektor podijeljen na izolirane kontaktne ploče, a on je, zauzvrat, bio spojen na četke koje klize duž njega, kroz koje je spojeno vanjsko kolo. .

Zbog činjenice da se kolektorske ploče stalno mijenjaju četkama, nema promjene u smjeru struje - ona jednostavno pulsira, krećući se u jednom smjeru, odnosno kolektor je ispravljač.

• Za naizmjeničnu struju takav uređaj nije potreban, pa ga zamjenjuju klizni prstenovi, na koje su krajevi okvira vezani. Cijela struktura rotira zajedno oko središnje ose. Četke se graniče s prstenovima, koji također klize duž njih, osiguravajući stalan kontakt.
• Kao iu slučaju jednosmjerne struje, EMF koji se javlja u različitim dijelovima petlje će se sumirati, formirajući rezultirajuću vrijednost ovog parametra. U tom slučaju struja će teći u vanjskom kolu spojenom kroz četke (ako na njega spojite otpornik opterećenja RH).
• U gornjem primjeru, "T" je jednako punom okretu okvira. Iz ovoga možemo zaključiti da frekvencija struje koju generiše generator direktno zavisi od brzine rotacije armature (okvira), odnosno rotora, u sekundi. Međutim, ovo se odnosi samo na tako jednostavan generator.

Ako povećate broj parova polova, tada će se u generatoru proporcionalno povećati broj potpunih promjena struje po okretaju armature, a njegova frekvencija će se drugačije mjeriti, prema formuli: f = np, gdje je f frekvencija, n je broj okretaja u sekundi, p - broj parova magnetnih polova uređaja.

• Kao što smo gore napisali, tok naizmjenične struje grafički je predstavljen sinusoidom, pa se takva struja naziva i sinusoidnom. Možete odmah identificirati glavne uvjete koji određuju konstantnost karakteristika takve struje - to je uniformnost magnetskog polja (njegova konstantna vrijednost) i konstantna brzina rotacije armature u kojoj se inducira.
• Kako bi uređaj bio dovoljno moćan, koristi se električnim magnetima. Namotaj rotora, u kojem se indukuje EMF, takođe nije okvir u radnim jedinicama, kao što smo pokazali na gornjim dijagramima. Koristi se vrlo veliki broj vodiča, koji su međusobno povezani prema određenoj shemi.

Zanimljivo je znati! Formiranje EMF-a događa se ne samo kada je vodič pomaknut u odnosu na magnetsko polje, već i obrnuto, kada se samo polje pomiče u odnosu na provodnik, što aktivno koriste dizajneri elektromotora i generatora.

• Ovo svojstvo vam omogućava da postavite namotaj u kojem se inducira EMF, ne samo na rotirajući središnji dio uređaja, već i na fiksni dio. U tom slučaju se pokreće magnet, odnosno polovi.

• S ovom strukturom, vanjskom namotu generatora, odnosno strujnom krugu, nisu potrebni nikakvi pokretni dijelovi (prstenovi i četke) - veza je kruta, često vijčana.
• Da, ali može se razumno tvrditi da će ti isti elementi morati biti instalirani na pobudnom namotu. Tako je, međutim, struja koja teče ovdje bit će mnogo manja od ukupne snage generatora, što uvelike pojednostavljuje organizaciju napajanja strujom. Elementi će biti male veličine i težine i vrlo pouzdani, što ovaj dizajn čini najpopularnijim, posebno za moćne jedinice, na primjer, vučne jedinice ugrađene na dizel lokomotive.
• Ako govorimo o generatorima male snage, gdje sakupljanje struje ne predstavlja nikakve poteškoće, stoga se često koristi "klasični" krug, s rotirajućim namotom armature i fiksnim magnetom (induktorom).

Savjet! Inače, fiksni dio alternatora naziva se stator, jer je statičan, a rotirajući dio se zove rotor.

Vrste alternatora

Generatori se mogu klasifikovati i razlikovati prema nekoliko kriterijuma. Nazovimo ih.

Trofazni generatori

Mogu se razlikovati po broju faza i biti jednofazni, dvofazni i trofazni. U praksi je posljednja opcija najšire korištena.

• Kao što se može vidjeti sa gornje slike, energetski dio jedinice ima tri nezavisna namota koja se nalaze na statoru u krugu, međusobno pomaknuta za 120 stepeni.
• Rotor je u ovom slučaju elektromagnet, koji, rotirajući, inducira promjenjivi EMF u namotajima, koji su međusobno pomjereni u vremenu za jednu trećinu "T" perioda, odnosno ciklusa. Zapravo, svaki namotaj je zaseban monofazni generator koji napaja svoj vanjski krug R naizmjeničnom strujom. To jest, imamo tri vrijednosti struje I (1,2,3) i isti broj kola. Svaki takav namotaj, zajedno sa vanjskim krugom, naziva se faza.

• Kako bi se smanjio broj žica koje vode do generatora, tri povratne žice koje vode do njega od potrošača energije zamjenjuju se jednom zajedničkom žicom kroz koju će prolaziti struje iz svake faze. Takva zajednička žica naziva se nula
• Spoj svih namotaja takvog generatora, kada su njihovi krajevi povezani jedni s drugima, naziva se zvijezda. Odvojene tri žice koje povezuju početak namotaja s potrošačima električne energije nazivaju se linearnim - koriste se za prijenos.
• Ako je opterećenje svih faza isto, onda će potreba za neutralnom žicom potpuno nestati, jer će ukupna struja u njoj biti nula. Kako se to dešava, pitate se? Sve je krajnje jednostavno - za koncept principa, dovoljno je dodati algebarske vrijednosti svake sinusoidne struje, pomaknute u fazi za 120 stepeni. Gornji dijagram će vam pomoći da shvatite ovaj princip ako zamislite da su krive na njemu promjena struje u tri faze generatora.
• Ako opterećenje u fazama nije isto, tada će neutralna žica početi propuštati struju. Zbog toga je uobičajena 4-žična veza zvijezda, jer vam omogućava da uštedite električne uređaje koji su u tom trenutku priključeni na mrežu.

• Napon između vodova se naziva linearnim, dok se napon na svakoj fazi naziva faznim. Struje koje teku u fazama su takođe linearne.
• Šema spajanja zvijezda nije jedina. Postoji još jedna opcija za povezivanje tri namotaja u seriju, kada je kraj jednog spojen na početak drugog, i tako dalje, dok se ne formira zatvoreni prsten (vidi dijagram iznad "b"). Žice koje dolaze iz generatora povezane su na spojevima namotaja.
• U tom slučaju će fazni i linearni napon biti isti, a struja linearne žice će biti veća od faze, sa istim opterećenjem.
• Za takvu vezu također nije potrebna neutralna žica, što je glavna prednost trofaznog generatora. Manje žica čini ga lakšim i jeftinijim zbog manje korištenih obojenih metala.

Još jedna značajka trofazne sheme povezivanja je pojava rotirajućeg magnetnog polja, koje vam omogućuje stvaranje jednostavnih i pouzdanih asinkronih elektromotora.

Ali to nije sve. Kada se jednofazna struja ispravlja, na izlazu ispravljača dobija se napon sa talasima od nule do maksimalne vrijednosti. Razlog je, mislimo, jasan ako shvatite osnovni princip rada ovakvog uređaja. Kada dođe do faznog pomaka u vremenu, talasi se znatno smanjuju, ne prelazeći 8%.

razlika u izgledu

Generatori se razlikuju i po izgledu, kojih ima 2:

• Sinhroni alternator- glavna karakteristika takve jedinice je kruta veza između frekvencije promjenjivog EMF-a koji se inducira u namotu i sinhrone brzine, odnosno rotacije rotora.

1. Pogledajte dijagram iznad. Na njemu vidimo stator s trofaznim namotom spojenim u trokutasti uzorak, koji se ne razlikuje mnogo od onog na asinhronom motoru.
2. Na rotoru generatora nalazi se elektromagnet s pobudnim namotom, napajan istosmjernom strujom, koja se na njega može primijeniti na bilo koji poznati način - to će biti detaljnije opisano kasnije.
3. Umjesto elektromagneta može se koristiti konstanta, tada potreba za kliznim dijelovima kola, u obliku četkica i kliznih prstenova, potpuno nestaje, takav generator neće biti dovoljno moćan i neće moći normalno stabilizirati izlazni naponi.
4. Na osovinu rotora je povezan pogon - bilo koji motor koji stvara mehaničku energiju, a pokreće se određenom sinhronom brzinom.
5. Budući da se magnetsko polje glavnih polova rotira sa rotorom, indukcija promjenjivog EMF-a počinje u namotaju statora, što se može označiti kao E1, E2 i E3. Ove varijable će biti iste vrijednosti, ali kao što je više puta rečeno, pomjerene za 120 stepeni u fazi. Zajedno, ove vrijednosti čine trofazni EMF sistem koji je simetričan.
6. Opterećenje je povezano na tačke C1, C2 i C3, a na fazama namotaja u statoru pojavljuju se struje I1, I2 i I. U tom trenutku svaka faza statora sama postaje snažan elektromagnet i stvara rotirajuće magnetsko polje.
7. Frekvencija rotacije magnetnog polja statora odgovaraće frekvenciji rotacije rotora.

• Asinhroni generatori- razlikuju se od gore opisanog primjera po tome što frekvencije EMF-a i rotacije rotora nisu čvrsto vezane jedna za drugu. Razlika između ovih parametara naziva se klizanje.

1. Elektromagnetno polje takvog generatora u normalnom režimu rada vrši kočni moment na rotaciju rotora pod opterećenjem, pa će frekvencija promjena magnetskog polja biti manja.
2. Ove jedinice ne zahtijevaju izradu složenih sklopova i upotrebu skupih materijala, stoga se široko koriste kao elektromotori za vozila, zbog lakog održavanja i jednostavnosti samog uređaja. Ovi generatori su otporni na preopterećenja i kratke spojeve, međutim, nisu primjenjivi na uređaje koji jako ovise o frekvenciji struje.

Metode pobude namotaja

Poslednja razlika između modela koju bih želeo da se dotaknem odnosi se na način na koji se namotaj pobude napaja.

Ovdje postoje 4 vrste:

1. Snaga se dovodi do namotaja preko izvora treće strane.
2. Samopobudni generatori- Snaga se uzima iz samog generatora, dok se napon ispravlja. Međutim, budući da je u neaktivnom stanju, takav generator neće moći generirati dovoljan napon za pokretanje, za šta se koristi baterija u krugu, koja će se aktivirati prilikom starta.
3. Opcija sa uzbudnim namotom napajanim drugim generatorom manje snage instaliranim sa njim na istom vratilu. Drugi generator bi već trebao početi od izvora treće strane, na primjer, iste baterije.
4. Posljednja sorta uopće ne mora napajati pobudni namotaj, jer ga nema, jer se u uređaju koristi trajni magnet.

Upotreba alternatora u praksi

Takvi generatori se koriste u gotovo svim područjima ljudske djelatnosti gdje je potrebna električna energija. Štaviše, princip njegovog izvlačenja razlikuje se samo u načinu pokretanja osovine uređaja. Tako rade hidro, toplotne, pa čak i nuklearne elektrane.

Ove stanice žicom napajaju javne mreže na koje je priključen krajnji potrošač, odnosno svi mi. Međutim, postoje brojni objekti do kojih je nemoguće isporučiti električnu energiju na ovaj način, na primjer, transport, gradilišta udaljena od dalekovoda, veoma udaljena sela, smjene, bušilice i sl.

To znači samo jedno - potreban vam je vlastiti generator i motor koji ga pokreće. Pogledajmo nekoliko malih i uobičajenih uređaja u našim životima.

Automobilski alternatori

Na fotografiji - električni generator za automobil

Neko bi mogao odmah reći: „Kako? To je DC generator! Da, zaista je tako, ali samo prisustvo ispravljača to čini tako, što čini ovu vrlo strujnu konstantu. Osnovni princip rada se ne razlikuje - svi isti rotor, svi isti elektromagnet i tako dalje.

Ovaj uređaj funkcionira na način da, bez obzira na brzinu rotacije osovine, generira napon od 12V koji osigurava regulator preko kojeg se napaja pobudni namotaj. Pokreće se pobudni namotaj, napajan iz akumulatora automobila, rotor jedinice pokreće motor automobila kroz remenicu, nakon čega počinje inducirati EMF.

Za ispravljanje trofazne struje koristi se nekoliko dioda.

Generator na tečno gorivo

Uređaj benzinskog alternatora, baš kao i dizel, ne razlikuje se mnogo od onoga što je ugrađeno u vaš automobil, s izuzetkom nijanse da će proizvoditi naizmjeničnu struju, kako se i očekivalo.

Od karakteristika se može razlikovati da se rotor jedinice mora uvijek okretati istom brzinom, jer s padovima proizvodnja energije postaje gora. Ovo je značajan nedostatak takvih uređaja - sličan efekat se javlja kada se dijelovi istroše.

Zanimljivo je znati! Ako je na generator priključen opterećenje koje je niže od radnog opterećenja, onda on neće iskoristiti svoju punu snagu i uzalud će pojesti dio tekućeg goriva.

Na tržištu postoji veliki izbor ovakvih jedinica, dizajniranih za različite kapacitete. Vrlo su popularni zbog svoje mobilnosti. Istovremeno, uputstvo za upotrebu je izuzetno jednostavno - napunite gorivo vlastitim rukama, pokrenite motor okretanjem ključa i spojite ...

Na ovome ćemo, možda, završiti. Namenu i opšti raspored ovih uređaja analizirali smo na što jednostavniji način. Nadamo se da su vam alternator i princip njegovog rada postali malo bliži, a uz naš prijedlog poželjet ćete uroniti u fascinantan svijet elektrotehnike.