Индукционный генератор

Принцип действия индукционного генератора

Принцип работы индукционного генератора основан на законе электромагнитной индукции: индукция электродвижущей силы в прямоугольном контуре (металлическом каркасе), расположенном в однородном вращающемся магнитном поле, или наоборот, прямоугольный контур вращается так однородно стационарно магнитное поле. Если в контуре вращается однородное магнитное поле с постоянной угловой скоростью, в нем индуцируется синусоидальная электродвижущая сила.

Индукционный генератор переменного тока

это электрическая машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую энергию в переменный ток, например, вращая катушку с проволокой в ​​магнитном поле или, наоборот, вращая магнит. Пока силовые линии магнитного поля проходят через проводящую катушку, в ней индуцируется электрический ток. Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивается, когда рамка снимается. Когда рамка меняет ориентацию относительно магнитных полюсов, электрический ток также меняет направление. Пока источник механической энергии вызывает вращение проводника (или магнитного поля), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.

Устройство индукционного генератора

По конструкции различают генераторы:

• с фиксированными магнитными полюсами и вращающимся якорем,
• с вращающимися магнитными полюсами и неподвижным статором.

Чаще используются генераторы со стационарными магнитными полюсами, так как при неподвижной обмотке статора нет необходимости снимать ток высокого напряжения с ротора с помощью скользящих контактов (щеток) и контактных колец. Статор (неподвижная часть) собирается из отдельных листов железа, изолированных друг от друга, а на внутренней поверхности статора имеются пазы, в которые вставляются провода обмотки статора генератора. Ротор (подвижная часть) обычно изготавливается из твердого железа, а полюсные наконечники магнитных полюсов ротора собираются из листового металла. Для создания максимально возможной магнитной индукции при вращении между статором и полюсными наконечниками ротора желателен минимальный зазор, а геометрическая форма полюсных наконечников выбирается так, чтобы ток, генерируемый генератором, был ближе к синусоидальному. Катушки возбуждения, питаемые постоянным током, размещены на сердечниках полюсов, которые с помощью щеток подводятся к контактным кольцам, расположенным на валу генератора.

Электромеханический индукционный генератор

Магнитное поле в электромеханическом генераторе создается с помощью постоянного или электромагнита, в обмотке индуцируется переменная электродвижущая сила. В промышленных генераторах поле создается вращающимся магнитом, обмотки остаются неподвижными.

Генератор индукционного тока

Индукционные генераторы энергии имеют широкий спектр применения: они часто используются в местах, где требуется постоянное электроснабжение, таких как медицинские учреждения, морозильные склады и т.д. Кроме того, такие генераторы могут потребоваться на строительных площадках и для электрификации страны дома.

Генератор индукционного нагрева

Индукционный нагрев — это нагрев электропроводящих материалов электрическими токами, индуцированными переменным магнитным полем. Индукционные теплогенераторы используются для:

• нагрев деталей из магнитных материалов, а также для гибки и термообработки деталей,
• термическая обработка мелких и хрупких деталей,
• поверхностное упрочнение изделий,
• плавка, сварка и пайка металлов,
• дезинфекция медицинских инструментов.

Прибор переменного тока

Синхронный генератор переменного тока — это электрическая машина, которая преобразует механическую энергию вращения в электрическую энергию переменного тока. Установлены мощные генераторы таких токов:

• турбогенератор гидрогенератор — на электростанциях;
• относительно маломощные устройства переменного тока — в автономных энергосистемах (газотурбинная электростанция, дизельная электростанция) и в преобразователях частоты (мотор-генератор).

В настоящее время выпускается множество видов таких устройств, но все они имеют общее расположение основных элементов:

• якорь (статор) — неподвижный;
• ротор вращается вокруг оси.

В крупных промышленных генераторах вращается электромагнит, который представляет собой ротор. При этом обмотки с наведенной ЭДС, расположенные в пазах статора, остаются неподвижными.

В таких устройствах, как маломощный синхронный генератор, магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом.

Генератор переменного тока: устройство, принцип работы, технические характеристики и 7 видов приборов

Электричество играет важную роль в жизни человека. Кроме того, его можно преобразовать в любой вид энергии. Однако бывают случаи, когда он отключается, и это сильно влияет на комфорт. Чтобы этого не происходило, используются устройства — электрогенераторы. Основной принцип работы генератора — преобразование энергии (механической в ​​электрическую).

Инверторный электрогенератор — что это?

Электрогенераторы основаны на принципе выработки электричества путем преобразования механической энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую энергию путем вращения генератора переменного тока.

В отечественных моделях часто используются синхронные генераторы. Генератор состоит из статора и ротора. На статоре есть обмотки, с которых снимается создаваемое генератором переменное напряжение. Ротор имеет несколько полюсов с магнитами. Это могут быть как электромагниты, так и постоянные магниты, например, мощный неодим. Ротор вращается, создавая переменное магнитное поле, пронизывающее обмотку статора, так что в последней появляется электродвижущая сила или, проще говоря, напряжение.

Схема классического электрогенератора без инверторной техники

Что такое инверторные электростанции? Инвертор — это электронное устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный. Следовательно, на инверторных электростанциях выходное переменное напряжение получается не напрямую от генератора переменного тока, а от инверторного преобразователя. Но любопытный читатель наверняка заметил, что инвертор преобразует постоянный ток в переменный. А где его взять, если с обмоток статора снять переменное напряжение? Правильно, переменное напряжение генерируется генератором переменного тока. Для получения постоянного напряжения используются выпрямители.

Схема электрогенератора с использованием независимого драйвера выходного напряжения

Если в силовой установке нет инверторного преобразователя (в дальнейшем мы будем называть такие электростанции классическими), то необходимое напряжение снимается непосредственно с обмоток статора.

Зачем так усложнять, если можно просто подключить необходимое электрооборудование к обмотке статора генератора и запустить двигатель. Для этого есть как минимум три веские причины:

1. Требуется не какое-либо переменное напряжение, а с четко определенными контролируемыми характеристиками.
2. Также требуется легкое и компактное устройство в целом.
3. И было бы очень хорошо, если бы этот прибор потреблял как можно меньше топлива.

Эти причины, кажется, стоит немного запутать. Начнем с самого главного: характеристики переменного напряжения, необходимого для питания электроприборов.

Неисправности автогенераторов и способы их устранения

Во время работы генераторов могут возникнуть механические и электрические неисправности. Часто неудача, не исправленная вовремя, становится причиной других.

Признаки поломки генератора:

• мигание или постоянное срабатывание лампы заряда при работающем двигателе;
• недостаточный заряд или перезаряд аккумулятора;
• тусклый свет внешнего индикатора;
• пульсация свечения ламп;
• значительное увеличение яркости свечения ламп при увеличении скорости;
• посторонние звуки, источником которых является генератор или привод.

Механические поломки

Общие механические дефекты:

• появление трещин на ведущем шкиве;
• обрыв трансмиссионного ремня;
• износ подшипников якоря, приводящий к заклиниванию генератора.

Трещины и сколы на шкиве обнаруживаются при визуальном осмотре сборки. Острые края начинают разъедать приводной ремень, который может оторваться от шкива на поврежденных краях. Сломанный или перегоревший шкив необходимо заменить на новый, блок ремонту не подлежит. Новый шкив должен иметь ту же геометрию, что и изношенный.

Поврежденные подшипники якоря во время работы начинают издавать характерный свист. Затягивать ремонт не нужно, так как режим работы генератора прерывается из-за изменения зазора между якорем и статором. В результате якорь может заклинить, что приведет к разрыву ремня и повреждению щеток и обмотки.

Электрические поломки

Неисправности в электрической части генераторов:

• истирание текущих коллекционных щеток;
• очистить коллекторную часть ротора генератора;
• выход из строя регулятора напряжения;
• межвитковые замыкания обмотки статора;
• выгорание выпрямительного диодного моста;
• разрушение соединительной проводки;
• горение или окисление электрических соединений.

Для проверки работоспособности генератора используется мультиметр или вольтметр, предназначенный для измерения постоянного напряжения 0-20 В. Перед началом измерений рекомендуется прогреть агрегат, дав ему поработать 10-15 минут на режим работы двигателя на холостом ходу и работающего потребителя (например, ближний свет фар). Измерение напряжения между положительной клеммой генератора и массой автомобиля должно показать значение в диапазоне 13,5–14,5 В. Более точную информацию можно найти в инструкциях по ремонту и техническому обслуживанию машины. Если напряжение отклоняется от нормативного, реле-регулятор необходимо заменить.

Проверка напряжения на клеммах аккумулятора позволяет обнаружить повреждение соединительной проводки. Для полноценного измерения необходимо увеличивать обороты двигателя до тех пор, пока не будут достигнуты и подключены мощные потребители энергии (например, дальний свет, окна и подогрев сидений). В этом случае напряжение должно быть близким к значению на реле-регуляторе. Если нет, нужно проверить провода и места подключения.

Работоспособность диодного моста проверяется установкой мультиметра на плюсовой вывод генератора и массу в режиме измерения переменного тока. Значение напряжения должно быть в пределах 0,5 В. Более высокое напряжение является признаком неисправности диодного моста.

Пробой обмоток генератора измеряется при отключенном аккумуляторе и отключенной проводке от положительного полюса устройства. Тестер, переведенный в режим амперметра, подключается между клеммой и проводкой. Допустимыми считаются значения до 0,5 мА. При более высоком токе возможен обрыв частей диодного моста или обмоток.

Для проверки обмоток возбуждения необходимо снять генератор с автомобиля. Работа ведется с выносным регулятором напряжения и щеточным узлом. Перед началом осмотра контактные кольца очищают от грязи. Проверка выполняется мультиметром в режиме омметра. Соединение осуществляется контактными кольцами. Нормальное значение сопротивления находится в пределах 5-10 Ом. Для измерения замыкания на землю омметр цепляется за кольца и корпус. В хорошем состоянии значение сопротивления будет бесконечным, при других значениях — пробой.

категорически запрещается проверять работу генераторов методом короткого замыкания. Подобные действия приводят к выходу из строя не только агрегата, но и электронных компонентов. Желательно проводить диагностику устройства на стендах, имеющихся в специализированных центрах. Сделай сам может привести к дорогостоящему ремонту.

Принцип работы генератора переменного тока: 7 типов устройств

С ростом научного прогресса и приёма электрического тока, являющегося одним из основных видов энергии, человеческая жизнь стала намного комфортнее. Благодаря ему, а точнее его работе, приводятся в движение различные механизмы, комнаты освещаются и отапливаются и так далее.

Ток в проводнике возникает из-за электродвижущей силы (ЭДС), заставляющей частицы, несущие заряд, двигаться в проводнике. Если проводник подвергается воздействию магнитного поля, это явление называется электромагнитной индукцией.

Другими словами, если возникает следующее условие: проводник движется в магнитном поле или электромагнитное поле движется вокруг проводника, то в последнем появляется электрический ток. В результате этого явления были созданы трансформаторы, электродвигатели и генераторы.

Электрогенератор — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую. Это примитивное устройство, состоящее из проводника с замкнутым контуром, вращающегося между полюсами магнита.

В современных генераторах эта схема содержит как минимум три обмотки, необходимые для создания большей ЭДС. Для четкого понимания назначения и процессов, происходящих при преобразовании электроэнергии, необходимо ознакомиться с устройством и принципом работы генератора (ЭГ).

Устройство генератора

Практически все они похожи по своей конструкции, но есть некоторые отличия — так механическая часть приводится в движение (рисунок 1).

Он состоит из основных узлов:

• рамка;
• статор;
• ротор, или снова;
• распределительная коробка.

Другой важный элемент — муфта свободного хода генератора. Об особенностях его работы и ремонта читайте в материале от нашего специалиста.

Рисунок 1. Генератор в разрезе

Корпус, выполняющий роль каркаса, служит для фиксации всех основных частей. Кроме того, в нем установлены подшипники, которые необходимы для плавного вращения вала и увеличения срока службы устройства. Корпус выполнен из прочного металла, а также служит для защиты внутренних частей станка от внешних повреждений.

Статор имеет магнитные полюса, представленные в виде неподвижной обмотки для возбуждения магнитного потока F. Он изготовлен из специальной стали, называемой ферромагнетиком.

Ротор представляет собой подвижную часть и приводится в движение определенной силой. В результате на якоре (роторе) образуется разность потенциалов или напряжений (U). Коммутационный узел (коробка) необходим для снятия электричества с ротора.

он состоит из токопроводящих колец, подключенных к графитовым контактам коллектора.

Принцип действия

Закон электромагнитной индукции — это основной принцип работы генератора переменного тока. Устройство и принцип работы практически одинаковы для всех типов. Возникает индукция, в результате чего в цепи появляется ЭДС при вращении в однородном магнитном поле. Это магнитное поле вращается.

Генератор работает следующим образом:

• ротор представляет собой магнит, который при вращении передает магнитное поле обмоткам статора;
• статор представляет собой катушку, к которой подключены провода для улавливания электрической энергии;
• когда появляется U, он удаляется.

Кольца изготовлены из медного проводника и вращаются одновременно с ротором и валом. Щетки используются для передачи тока от вала к кольцам. Разновидностей много, поэтому их можно классифицировать по следующим характеристикам:

• план строительства;
• способ возбуждения;
• количество фаз: однофазные, двухфазные и трехфазные;
• тип соединения обмотки статора.

По проекту строительства есть неподвижные столбы и якорь (колесо) и, наоборот, с вращающимися магнитными полюсами (якорь остается неподвижным). Последний тип получил широкое распространение из-за приема более высокого тока.

По мере вращения ротора, полюсные наконечники которого имеют минимальный зазор между статором для создания максимального F, в витках обмотки статора генерируется ЭДС.

Наконечники подобраны так, чтобы U была близка к синусоиде.

По способу возбуждения они тоже делятся на подвиды.

1. Обмотки питаются постоянным током (независимое возбуждение). Эта модель питается от другого генератора.
2. Питается собственным выпрямленным током (с самовозбуждением).
3. Возбуждение постоянными магнитами.

Наиболее часто используемое соединение — это звезда и нейтральный провод, который действует как компенсатор дисбаланса фаз. Кроме того, нейтральный провод позволяет исключить составляющую постоянного тока в случае возникновения вредных токов контура (далее I), которые уменьшают мощность и влияют на нагрев.

К генератору подключена резистивная нагрузка с нулевым проводом, обмотки которого соединены звездой. Также существует дельта-соединение, которое используется редко.

При таком соединении обмоток можно подключать маломощные устройства. Генераторы различаются техническими параметрами.

Технические параметры

Генераторы также различаются основными размерами, которые являются техническими параметрами. Среди всего числа можно выделить наиболее значимые:

• электрический;
• произведено мной;
• мощность (далее П);
• частота вращения (оборотов в минуту);
• коэффициент P — cos ph.

U регулируется путем включения регуляторов U (переменного сопротивления или электронного регулятора U) последовательно в цепь обмотки возбуждения. При наличии генератора-возбудителя ток регулируется прямо на нем. При использовании П-образных генераторов, чередующихся с постоянными магнитами, используйте стабилизаторы или П-образные регуляторы.

При подключении к схеме используется параллельное включение ЭГ, один из которых считается резервным. Чтобы подключить резервный EG к проводящим шинам, необходимо выполнить условие равенства ЭДС и U на этих шинах.

Также фазовый сдвиг должен быть нулевым. Этот процесс называется синхронизацией EG.

Для синхронизации генератора с сетью используется синхроскоп, представляющий собой обычную лампу накаливания и вольтметр (ноль).

Синхроскоп подключен последовательно с генератором. При запуске генератора регулируется возбуждение I. Если генератор синхронизирован, лампы гаснут и сначала мигают.

Чем чаще они мигают, тем быстрее процесс синхронизации и настройки приближается к завершающей стадии. Следует обратить внимание на вольтметр, который должен показывать значение 0 при синхронизации ЭГ.

Основное предназначение

Генераторы широко используются для выработки электроэнергии и представляют собой огромные машины, вырабатывающие большие токи. Однако не все разновидности имеют такие габариты.

В качестве источников урана используются автомобильные устройства.

Это очень удобно, поскольку транспортная тележка выполняет механические движения, и глупо не использовать этот вид энергии для вращения ЭГ.

Трехфазные генераторы используются вместе с мостовым выпрямителем и используются для зарядки аккумулятора.

Кроме того, они используются для питания потребителей электроэнергии, таких как системы зажигания, системы световой сигнализации и освещения, бортовые компьютеры и так далее. Устройство подключено к контроллеру U, благодаря чему значение U остается постоянным.

В автомобилях используются устройства переменного тока, так как они меньше своих аналогов — постоянные EG U.

Принцип действия

Индукционный генератор вырабатывает электричество, когда его ротор вращается быстрее синхронной скорости. Для типичного четырехполюсного двигателя (две пары полюсов на статоре), работающего в электрической сети 60 Гц, синхронная скорость составляет 1800 оборотов в минуту (об / мин). Тот же четырехполюсный двигатель, работающий в сети 50 Гц, будет иметь синхронную скорость 1500 об / мин. Двигатель обычно работает немного медленнее, чем синхронная скорость; разница между синхронной скоростью и рабочей скоростью называется «скольжением» и обычно выражается в процентах от синхронной скорости. Например, двигатель, который работает со скоростью 1450 об / мин и имеет синхронную скорость 1500 об / мин, работает со скольжением + 3,3%.

Во время нормальной работы двигателя вращение магнитного потока статора происходит быстрее, чем вращение ротора. Это заставляет поток статора индуцировать токи ротора, которые создают поток ротора с магнитной полярностью, противоположной статору. Таким образом, ротор уносится потоком статора, и токи в роторе индуцируются с частотой скольжения.

Когда генератор работает, первичный двигатель (турбина или двигатель) приводит в движение ротор выше синхронной скорости (отрицательное скольжение). Поток статора по-прежнему вызывает токи в роторе, но поскольку противоположный поток ротора теперь разрезает катушки статора, в катушках статора генерируется активный ток, и теперь двигатель работает как генератор, передавая энергию в электрическую сеть.

Возбуждение

Эквивалентная схема индукционного генератора

Индукционный генератор требует внешнего источника тока якоря. Поскольку поле ротора всегда отстает от поля статора, индукционный генератор всегда потребляет реактивную мощность, независимо от того, работает он как генератор или как двигатель.

по-прежнему требуется источник тока возбуждения, чтобы поток намагничивания статора (реактивная мощность) индуцировал ток ротора. Он может питаться от сети или, как только он начинает вырабатывать электроэнергию, от самого генератора. Генераторный режим для асинхронных двигателей усложняется необходимостью возбуждения ротора, которое начинается только с остаточной остаточной силы. В некоторых случаях этой остаточной намагниченности достаточно для самовозбуждения двигателя под нагрузкой. Следовательно, необходимо заблокировать двигатель и временно подключить его к сети под напряжением или добавить конденсаторы, изначально заряженные остаточным магнетизмом и обеспечивающие реактивную мощность, необходимую во время работы. Асинхронный двигатель работает аналогично синхронному двигателю, который действует как компенсатор коэффициента мощности. Особенностью режима генератора с параллельной сетью является то, что частота вращения ротора выше, чем в режиме привода. Затем активная энергия передается в сеть. Другой недостаток асинхронного двигателя-генератора заключается в том, что он потребляет значительный ток намагничивания I 0 = (20-35)%.

Индукционный генератор можно запустить, заряжая конденсаторы источником постоянного тока, в то время как генератор обычно вращается с генерирующей скоростью или выше. После удаления источника постоянного тока конденсаторы будут обеспечивать ток намагничивания, необходимый для начала генерирования напряжения.

Индукционный генератор, который недавно работал, также может самопроизвольно производить напряжение и ток из-за остаточного магнетизма, который остается в сердечнике.

Активная мощность

Активная мощность, подаваемая в линию, пропорциональна скольжению выше синхронной скорости. Полная номинальная мощность генератора достигается при очень низких значениях скольжения (в зависимости от двигателя, обычно 3%). При синхронной скорости 1800 об / мин генератор не производит энергии. Когда скорость движения увеличивается до 1860 об / мин (типичный пример), создается максимальная мощность. Если первичный двигатель не может производить достаточно энергии для привода генератора, скорость останется где-то между 1800 и 1860 об / мин.

Требуемая емкость

Конденсаторная батарея должна обеспечивать реактивную мощность двигателя при использовании в автономном режиме. Доставляемая реактивная мощность должна быть равна или превышать реактивную мощность, обычно потребляемую генератором при работе в качестве двигателя.

Крутящий момент против скольжения

Основной принцип индукционных генераторов — преобразование механической энергии в электрическую. Для этого требуется внешний крутящий момент, приложенный к ротору, чтобы он вращался быстрее, чем синхронная скорость. Однако постоянно увеличивающийся крутящий момент не приводит к неопределенному увеличению выработки энергии. Крутящий момент вращающегося магнитного поля, создаваемый якорем, противодействует движению ротора и предотвращает превышение скорости из-за движения, индуцированного в противоположном направлении. По мере увеличения скорости двигателя противодействующий крутящий момент достигает максимального крутящего момента (тормозного момента), при котором он может работать до тех пор, пока рабочие условия не станут нестабильными. В идеале индукционные генераторы обеспечивают наилучшую производительность в стабильной области между минимальным и максимальным крутящим моментом.

Номинальный ток

Максимальная мощность, которую может вырабатывать асинхронный двигатель, работающий в качестве генератора, ограничивается номинальным током обмоток генератора.

Мощность автогенератора

Если включить в машине все энергоемкие устройства, генератор может не справиться с нагрузкой, и часть энергии будет поступать в аккумулятор.

Для расчета мощности генератора достаточно воспользоваться простой формулой из школьного курса P = I * U, где P — мощность, I — ток, U — напряжение.

Мы узнали, что напряжение на выходе генератора должно быть в пределах от 13,5 В до 14,2 В. Фактическая сила может варьироваться от модели к модели. В среднем это от 80А до 140А. Возьмем среднее значение 100А.

По формуле получаем 13,5В * 100А = 1350Вт или 1,35кВт. Это мощность генератора, измеряемая в ваттах. Также следует учитывать, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, как правило, от 3000 об / мин и выше. Как минимум, передаваемая мощность равна 75% от максимально возможной. Считается, что для автомобиля достаточно 80А. При использовании более мощного автогенератора бортовая сеть может не справиться с нагрузкой. Мы должны это учитывать. Больше мощности не всегда полезно.

Амплитудный способ определения скорости вращения

Амплитудный метод выгодно отличается от частотного из-за простоты схемы управления, но не очень точен из-за: колебаний температуры; зазоры между статором и ротором; старение магнитов ротора, влияющее на величину магнитного потока; частотная модуляция, влияющая на реактивные элементы электрической цепи. Как и в других типах таходинамо, с увеличением скорости вращения ротора ЭДС, генерируемая в обмотке статора, также увеличивается. Для «чтения» значений этой ЭДС обычно используются выпрямитель (одна или две полных волны) и фильтр нижних частот, цель которых — сгладить пульсации.

Зная параметр «крутизна выходного напряжения», обычно выражаемый в единицах мВ / мин-(милвольт на оборот в минуту), и значение генерируемого выходного напряжения, относительно легко вычислить скорость ротора:

где Frot — частота вращения ротора в Гц; Uout — значение генерируемого выходного напряжения в мВ; St- «крутизна выходного напряжения» в мВ / мин-¹.

Опции и возможности бытовых электрогенераторов

Для удобства использования производители оснащают свою продукцию рядом полезных опций, в том числе:

• устройство автоматического пуска агрегата при отключении электроэнергии;
• наличие встроенного УЗО, отключающего прибор от сети в случае нарушения изоляции и появления тока утечки;
• контроль параметров и их визуализация на дисплее;
• защита от перегрузки.

При подключении нагрузки к электрогенератору, значение которого будет ниже номинала, агрегат начнет зря «съедать» часть жидкого топлива, не полностью используя свои возможности.

Не лишним будет в комплекте поставки специальный противошумный кожух, увеличенный топливный бак, кожух, защищающий агрегат от воздействия низких температур и т.д.

История изобретения электрогенератора

История изобретения электрического генератора показывает, что основы первого генератора были заложены изобретением батареи итальянцем Алессандро Вольта, генерации магнитного поля из электрического тока датчанином Гансом Кристианом Эрстедом и электромагнита британца Уильяма Стерджена. Практически открывая и изучая электромагнитную индукцию путем вращения медного диска между полюсами магнита, Фарадей генерировал электрический ток в переменном магнитном поле, создав таким образом прототип первого электрического генератора. С этого момента начали производиться первые генераторы.

В 1833 году русский ученый немецкого происхождения Эмили Христианович Ленц опубликовала статью о законе взаимности магнитоэлектрических явлений, то есть о взаимозаменяемости устройства, генерирующего электричество, и двигателя. Первые генераторы, изобретенные в 19 веке, вращали тяжелый постоянный магнит возле катушек с проволокой, постепенно улучшаясь и находя практическое применение. Постепенно мощность и потребляемая мощность устройств со временем улучшались. Теперь без электричества и его производителя не обойтись. В тех случаях, когда электричество невозможно подключить от электростанции, предлагаются дизельные мобильные электростанции с арендой генератора. Сейчас существует так много производителей энергии, потому что переход от одного типа к другому — это основа жизни. Получение энергии от солнца, ветра, Земли, движения воды, гидравлики, атомных источников, приливов, геотермальной энергии никого не удивит.

Есть даже генераторы, которые получают энергию без топлива и внешнего движения с помощью устройства, использующего магнитное поле Земли.

Таким образом, генератор преобразования энергии является той небольшой частью процесса вечной циркуляции энергии, образовавшейся в результате Большого взрыва во Вселенной, высвобождая энергию и связывая ее в процессе своего развития. Есть теория, основанная на генерации свободной энергии в зависимости от силы тяжести и времени, но это исследование выходит за рамки материалистической физики и науки в целом.

Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические формы энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую.

Сетевые и автономные подключения

Типовые подключения при использовании в качестве автономного генератора

В индукционных генераторах реактивная мощность, необходимая для создания магнитного потока в воздушном зазоре, обеспечивается батареей конденсаторов, подключенной к машине в случае автономной системы, и, если она подключена к сети, она потребляет реактивную мощность из сети в поддерживать поток в воздушном зазоре. Для системы, подключенной к сети, частота и напряжение на машине будут определяться сетью, поскольку они очень малы по сравнению со всей системой. Для автономных систем частота и напряжение являются сложной функцией параметров машины, емкости, используемой для возбуждения, а также величины и типа нагрузки.

Электрогенераторы переменного тока

Выпускается огромное количество самых разнообразных генераторов переменного тока. Их можно классифицировать по следующим параметрам:

• конструктивное исполнение;
• способ возбуждения;
• количество фаз.

По способу возбуждения потребитель может встретить агрегаты:

• с независимым возбуждением: обмотка возбуждения питается постоянным током от автономного источника питания;
• при самовозбуждении — на обмотку возбуждения подается выпрямленный ток от самого генератора;
• с возбуждением от постоянных магнитов — обмотка возбуждения отсутствует;
• с возбуждением от возбудителя — генератора постоянного тока малой мощности, «сидящего» на одном валу с обслуживаемым генератором.

Схема трехфазного генератора

По количеству фаз электрогенераторы бывают:

• один этап;
• двухфазный;
• трехфазный.

На практике наиболее распространены трехфазные генераторы. Это связано с рядом характерных преимуществ данного типа агрегатов:

• добиться экономического эффекта при разработке систем передачи электроэнергии на большие расстояния — снизить материалоемкость трансформаторных устройств и силовых кабелей; Этому способствует наличие кругового магнитного поля;
• более длительный срок службы, что обеспечивает сбалансированность системы;
• одновременное использование сетевого и фазного напряжения.

Конструктивно трехфазный электрогенератор имеет три независимые обмотки, расположенные в статоре по окружности со смещением друг относительно друга на 120 °. В этом случае каждая обмотка представляет собой однофазный генератор, который способен подавать переменное напряжение на потребителя R. Такая одиночная обмотка называется «фазой». Фазные обмотки могут быть соединены между собой «треугольником» или «звездой».

Существуют и другие схемы соединения обмоток, например, шестипроводная система Тесла или соединение Славянка (сочетание шести обмоток в виде «звезды» и «треугольника»), но они не получили широкого распространения.

Роль корпуса в устройствах, генерирующих переменный ток, выполняет электромагнит, который при вращении перемещает наведенную переменную ЭДС в обмотках на треть цикла относительно друг друга.

Среди множества генераторов переменного тока есть два основных типа их конструкции: синхронный и асинхронный. В последнее время, учитывая большое количество сложных электронных устройств, управляемых микропроцессорами, появился новый тип электрогенератора — инвертор.

Синхронные электрогенераторы

Устройство синхронного генератора

Синхронный генератор переменного тока конструктивно состоит из двух частей: подвижного ротора и неподвижного статора.

При вращении ротора, который представляет собой электромагнит с сердечником и обмоткой возбуждения, подключенный к внешнему источнику питания с помощью щеточного механизма, в обмотке статора индуцируется ЭДС, которая подается на выходные клеммы генератора. Такая конструкция устраняет необходимость в скользящих контактах, что значительно упрощает конструкцию устройства. Первоначально магнитный поток возбуждается сторонним возбудителем, подключенным к общему валу и подключенным к системе через муфту.

В синхронных электрогенераторах малой мощности обмотка возбуждения запитывается выпрямленным током. В этом случае электрическая цепь образуется за счет включения трансформаторов, включенных в цепь нагрузки. Также включен полупроводниковый выпрямитель. В главную электрическую цепь входят:

• обмотка возбуждения;
• регулирующий реостат.

Основной особенностью синхронного генератора является то, что частота генерируемого электрического тока пропорциональна скорости вращения ротора.

Асинхронные электрогенераторы

Асинхронный генератор переменного тока отличается от синхронного отсутствием жесткой связи между частотой вращения ротора и наведенной ЭДС. Разница между этими параметрами называется «пробуксовкой». Между ротором и статором индукционного генератора имеется воздушный зазор. В этом случае на частоту генерируемой ЭДС влияет тормозной момент, который возникает при подключении нагрузки и предотвращает вращение ротора. Следовательно, электрическая энергия в асинхронных электрических генераторах генерируется при более высокой скорости вращения ротора.

Конструкция асинхронных генераторов проста, но при этом имеет худшие технические характеристики по сравнению с синхронными агрегатами: погрешность по частоте может достигать 4%, а по напряжению — до 10%. Кроме того, асинхронные генераторы имеют решающее значение для пускового тока. Поэтому рекомендуется использовать их в сочетании со стабилизаторами, а в некоторых случаях, например, для плавного пуска электродвигателя, может потребоваться преобразователь частоты.

Инверторные генераторы

Инверторный генератор FUBAG Ti 3200

Инверторный электрогенератор — это обычный асинхронный генератор, на выходе которого установлен дополнительный стабилизатор выходных параметров.

Он работает следующим образом: напряжение, генерируемое асинхронным генератором, поступает в инвертор, где оно сначала выпрямляется, затем из полученного постоянного напряжения формируются импульсы определенной частоты и скважности. На выходе устройства эти импульсы преобразуются в синусоидальное напряжение с практически идеальными техническими характеристиками.