Принцип действия синхронного генератора. Принцип работы трехфазного синхронного генератора

При высоких скоростях вращения (3 000 об/мин) ротор из соображений механической прочности выполнен в виде токарного станка (рис. 62.6) с пазом, в который вставляется первичная обмотка.

Принцип работы и устройство синхронного генератора переменного тока

Электрическая энергия — единственная форма энергии, которую можно легко передавать на большие расстояния и преобразовывать в механическое, тепловое или световое излучение. Само электричество также может быть получено различными способами: химическим, термическим, механическим, фотоэлектрическим и другими. Однако механический способ, основанный на использовании генераторов, оказался наиболее эффективным. Среди этих источников электроэнергии преобладает современный генератор.

Почти вся электроэнергия, потребляемая в частных домах и промышленности, вырабатывается такими генераторами. Стоит подробнее рассмотреть устройство и принцип работы этих удивительных машин.

Устройство

Современные генераторы, по сути, состоят из двух частей: вращающегося ротора и неподвижного статора. Постоянные магниты или обмотки возбуждения расположены на валу ротора. Магниты зубчатые и имеют противоположные полюса.

Бесщеточные генераторы.

Катушки статора наматываются таким образом, чтобы их сердечники совпадали с выступами магнитных полюсов ротора или сердечниками катушек ротора. Число зубцов на магните обычно не превышает 6. В такой 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, в которых индуцируется ЭЭД, могут быть установлены на роторе. Это не влияет на работу генератора, но требует наличия втулок и очистителей для снятия напряжения с обмоток ротора, что обычно нецелесообразно.

Принципиальная схема бесщеточного генератора без обмоток возбуждения показана на рисунке 1.

Пояснение:

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.

Обратите внимание, что в генераторах малой мощности в качестве роторов используются постоянные магниты. В электрических машинах большой мощности всегда используются индукционные обмотки с независимым возбуждением. Независимым источником энергии является маломощный генератор постоянного тока, установленный на валу синхронной машины.

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

Обратите внимание на наличие щеток, которые питаются от независимого источника.

Синхронные генераторы различают в зависимости от количества фаз:

однофазные;
двухфазные;
трёхфазные.

В зависимости от конструкции ротора различают генераторы с явными полюсами и генераторы со скрытыми полюсами. В роторе со скрытыми полюсами отсутствуют выступы, а витки проводов ротора скрыты в пазах статора.

Трехфазные генераторы различают в зависимости от способа соединения фазных обмоток:

соединённые по шестипроводной системе Тесла (не нашли практического применения);
«звезда»;
«треугольник»;
сочетание шести обмоток, соединённых в виде одной «звезды» и «треугольника». Это соединение ещё называют «Славянка».

Наиболее распространенной схемой является схема «звезда» с нейтральным проводником.

Принцип работы

Рассмотрим принцип генерации тока на примере контурной рамки, расположенной между магнитными полюсами. (Рис. 3)

Если привести рамку во вращение (в направлении стрелок), то она пересечет магнитные силовые линии. Согласно закону электромагнитной индукции, при подключении нагрузки к щеткам в рамке индуцируется электрический ток. Направление тока можно определить с помощью правила Бюравера. На схеме направление тока показано черными стрелками.

Обратите внимание, что в секциях рамы 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 подключить к отдельному кольцу (на рисунке оно подключено к коллектору!), то на выходе мы получим 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 электросети строго соблюдается. В России и некоторых других странах она составляет 50 Гц, то есть 50 колебаний в секунду.

Рассчитать это значение относительно просто, так как один оборот рамки (или двухполюсного магнита) приводит к изменению направления тока. Если вал синхронного генератора совершает 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. (обратная зависимость). Таким образом, при использовании 4-полюсного статора (удвоенное число полюсов) для поддержания частоты 50 Гц скорость вращения вала должна быть уменьшена вдвое. Если используется 6 полюсов, то для достижения частоты 1000 об/мин скорость вращения вала должна быть уменьшена вдвое.

Обратите внимание, что в некоторых странах, таких как США, Япония и т.д., применяются другие стандарты — например, в бортовой сети современных самолетов используется переменный ток частотой 60 Гц и 400 Гц.

Синхронный генератор. Принцип действия

Характерной особенностью современного генератора переменного тока является тесная связь между частотой f переменной электродвижущей силы, индуцируемой в обмотке статора, и скоростью вращения ротора n, так называемой синхронной скоростью:

n = f / p

где p — число пар полюсов обмоток статора и ротора. Обычно скорость задается в оборотах в минуту, а частота ЭЭД в герцах (1/сек), так что формула для числа оборотов в минуту имеет следующий вид

n = 60- f / p

На рисунке 1.1 показана функциональная схема синхронного генератора. Статор 1 имеет трехфазную обмотку, которая принципиально не отличается от такой же обмотки асинхронной машины. Ротор содержит электромагнит с обмоткой возбуждения 2, на которую подается постоянный ток, обычно через скользящий контакт, реализованный двумя контактными кольцами, расположенными в роторе, и двумя неподвижными щетками. В некоторых случаях вместо электромагнитов в роторе синхронного генератора могут использоваться постоянные магниты, и контакты на валу больше не требуются, но способность стабилизировать выходное напряжение значительно снижается.

Первичный двигатель (ПД), т.е. турбина, двигатель внутреннего сгорания или другой источник механической энергии, приводит в движение ротор генератора на синхронной скорости. Магнитное поле магнита ротора также вращается с синхронной скоростью и индуцирует в трехфазной обмотке статора переменный ток E_A, E_Bи E_Cкоторые равны по величине и сдвинуты по фазе на 1/3 периода (120°) и образуют симметричную трехфазную систему ЭЭД.

При подключении нагрузки к клеммам C1, C2 и C3 обмотки статора, токи I_A, I_B, I_Cкоторые генерируют вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна частоте вращения ротора генератора. Поэтому в синхронном генераторе магнитное поле статора и ротора вращаются синхронно. Мгновенное значение ЭЭД катушки статора в синхронном генераторе рассчитывается следующим образом

e = 2Blwv = 2πBlwDn

где B — магнитная индукция в воздушном зазоре между сердечником статора и полюсами ротора, Тл; l — активная длина бокового паза катушки статора, т.е. длина сердечника статора, м; w — число оборотов; v = πDn — линейная скорость полюсов ротора относительно статора, м/с; D — внутренний диаметр сердечника статора, м.

Формула ЭЭД показывает, что при постоянной скорости вращения ротора n форма кривой переменной ЭЭД обмотки ротора (статора) определяется только магнитной индукцией B в зазоре между полюсами статора и ротора. Если кривая магнитной индукции в зазоре представляет собой синусоидальную кривую, то B = B_maxsinα, то ЭЭД генератора также будет синусоидальной. В современных машинах цель всегда состоит в том, чтобы распределение индукции в зазоре было как можно ближе к синусоидальной кривой.

Это интересно: Как сделать подставку под паяльник своими руками. Подставка для паяльника своими руками.

Так, если воздушный зазор δ постоянен (рис. 1.2), то магнитная индукция B в воздушном зазоре распределяется по трапецеидальному закону (график 1). Если же концы полюсов ротора «перекошены» так, что воздушный зазор на концах полюсных наконечников составляет δ_max(как показано на рис. 1.2), то кривая распределения магнитной индукции в зазоре приближается к синусоидальной форме (график 2), а следовательно, и кривая ЭЭД, наведенной в обмотке генератора. Частота ЭЭД синхронного генератора f (Гц) пропорциональна синхронной скорости вращения ротора n (об/с)

Способы возбуждения синхронных генераторов

Наиболее распространенным методом создания основного магнитного потока современных генераторов является электромагнитное возбуждение, при котором к полюсам ротора присоединяется обмотка возбуждения, которая под действием постоянного тока создает ЭДС, создающую магнитное поле в генераторе. До недавнего времени обмотка возбуждения питалась в основном от специальных независимых генераторов постоянного тока, так называемых возбудителей В (рис. 1.3, а). Обмотка возбуждения (ОВ) питается от другого генератора (параллельное возбуждение), так называемого субвозбудителя (СП). Ротор генератора, возбудителя и подвозбудителя находятся на общей оси и вращаются одновременно. Обмотка возбуждения синхронного генератора питается током через движки и щетки. Для регулирования тока возбуждения используются реостаты, которые включаются в цепь возбуждения возбудителя₁и возбудителя r₂. В современных генераторах средней и большой мощности процесс регулирования тока возбуждения автоматизирован.

В современных генераторах также используется бесконтактная система возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец в роторе. Возбудителем в этом случае является инвертированный синхронный генератор В (рис. 1.3, б). Трехфазная обмотка 2 возбудителя, на которой индуцируется переменная ЭДС, расположена в роторе и вращается вместе с обмоткой возбуждения синхронного генератора, а их электрическое соединение осуществляется непосредственно через вращающийся выпрямитель 3, без контактных колец и щеток. Питание постоянным током обмотки возбуждения 1 возбудителя В обеспечивается подвозбудителем ПВ — генератором постоянного тока. Отсутствие скользящих контактов в цепи возбуждения синхронного генератора позволяет повысить его надежность и эффективность работы.

В синхронных генераторах, в том числе и гидрогенераторах, используется принцип самовозбуждения (рис. 1.4, а), при котором энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и преобразуется в энергию постоянного тока через понижающий трансформатор и полупроводниковый выпрямитель ПВ. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора обеспечивается остаточным магнетизмом машины.

На рис. 1.4, б показана принципиальная схема автоматического синхронного самовозбуждающегося генератора (САГ) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и тиристорным преобразователем (ТП), через который переменный ток из цепи статора САГ после преобразования в постоянный поступает в обмотку возбуждения. Тиристорный преобразователь управляется автоматическим регулятором возбуждения ARB, который получает сигналы входного напряжения АГ (через ТН) и тока нагрузки АГ (от трансформатора тока). В схему включен модуль защиты (МЗ), который защищает обмотку возбуждения от перенапряжения и перегрузки по току.

Асинхронный генератор. Отличия от синхронного

Асинхронные генераторы принципиально отличаются от синхронных тем, что не существует фиксированной зависимости между скоростью вращения ротора и генерируемой ЭЭД. Разница между этими частотами характеризуется коэффициентом скольжения s.

где: n — частота вращения магнитного поля (частота ЭЭД). n_r— частота вращения ротора.

Более подробную информацию о расчете скольжения и частоты см. в статье: Асинхронные генераторы. См.

В нормальном режиме работы электромагнитное поле асинхронного генератора под нагрузкой замедляет вращение ротора, так что частота магнитного поля снижается и скольжение становится отрицательным. К генераторам, работающим в диапазоне положительного скольжения, относятся асинхронные генераторы и преобразователи частоты.

Асинхронные генераторы проектируются как короткозамкнутые, фазные или полые генераторы, в зависимости от применения. Энергия возбуждения, необходимая для ротора, может генерироваться либо статическими конденсаторами, либо инверторами с искусственно переключаемыми затворами.

Асинхронные генераторы переменного тока можно классифицировать по способу возбуждения, типу выходной частоты (переменная, постоянная), способу стабилизации напряжения, диапазонам рабочего скольжения, конструкции и количеству фаз. Последние две характеристики характеризуют конструктивные особенности генераторов. Тип выходной частоты и метод стабилизации напряжения в значительной степени определяются способом генерации магнитного потока. Классификация по способу возбуждения является наиболее важной.

Различают генераторы с самовозбуждением и генераторы с независимым возбуждением.

Самовозбуждение в асинхронных генераторах может быть организовано: а) конденсаторами, подключенными к цепи статора или ротора или одновременно к первичной и вторичной цепям; б) вентильными преобразователями с естественным и искусственным переключением вентилей.

Самостимуляция может обеспечиваться внешним источником переменного напряжения.

Самостимулированные генераторы можно разделить на две группы в зависимости от их частотного поведения. К первой группе относятся источники с практически постоянной (или фиксированной) частотой, ко второй — с переменной (регулируемой) частотой. Последние используются для работы асинхронных двигателей с плавно регулируемой частотой.

Более подробное обсуждение принципа действия и конструктивных особенностей трехфазных асинхронных двигателей можно найти в отдельных публикациях.

Асинхронные генераторы не требуют в своей конструкции сложных блоков возбуждения постоянного тока или дорогостоящих материалов с большим запасом магнитной энергии, поэтому они широко применяются пользователями мобильного энергетического оборудования из-за своей простоты и нетребовательности в обслуживании. Они используются для питания оборудования, не требующего постоянного задания частоты. Техническим преимуществом асинхронных генераторов является их устойчивость к перегрузкам и короткому замыканию. На этой странице вы найдете некоторую информацию о мобильных генераторах: Дизельные генераторы. Дизельные дизель-генераторы. Генераторы переменного тока. Индукционный генератор. Индукционный генератор.

Комментарии и предложения приветствуются!

ЭДС синхронного генератора

Как показано выше, величина наведенной ЭДС в обмотке статора количественно связана с числом витков обмотки и скоростью изменения магнитного потока:

Возвращаясь к фактическим значениям, выражение ЭДС можно записать в следующем виде:

n — частота вращения ротора генератора, F — магнитный поток, c — постоянный коэффициент.

При подключении нагрузки напряжение на клеммах генератора изменяется в той или иной степени. Увеличение активной нагрузки, например, не оказывает существенного влияния на напряжение. Однако индуктивная и емкостная нагрузки влияют на выходное напряжение генератора. Увеличение нагрузки размагничивает генератор и уменьшает напряжение, а увеличение нагрузки намагничивает генератор и увеличивает напряжение. Это явление называется реакцией якоря.

Магнитный поток необходимо регулировать для обеспечения стабильности выходного напряжения генератора. Если он ослаблен, двигатель необходимо намагнитить, если усилен — размагнитить. Это делается путем регулирования тока, протекающего в обмотке возбуждения ротора.

Существует 2 способа достижения желаемых параметров частоты:

Регулирование частоты

Существует 2 способа достижения желаемых параметров частоты:

Сконструировать генератор с определённым количеством полюсов электромагнитов.
Обеспечить соответствующую расчётную частоту вращения вала.

Например, для тихоходных гидротурбин, вращающихся со скоростью 150 об/мин, число полюсов современных генераторов увеличивается до 40 для регулирования частоты. Для дизельных электростанций, вращающихся со скоростью 750 об/мин, оптимальное число полюсов — 8.

тепловозах с выпрямлением переменного тока полупроводниковыми элементами и других транспортных системах;
мощных гидро-, тепловых электростанциях, атомных станциях, передвижных электростанциях;
гибридных автомобилях с целью совмещения тяги ДВС и мощности тяговых электродвигателей.

Принцип работы синхронного электрогенератора

Наиболее важные этапы:

Трехфазный синхронный генератор может работать как генератор или как двигатель. В первом случае к ДГ подводится механическая энергия и извлекается электрическая. Во втором случае на входе — электрическая энергия, а на выходе — механическая.

Разновидности синхронных генераторов

Конкретное применение определяет, какой тип синхронного генератора следует приобрести.

Это интересно: Принцип работы кожухотрубного теплообменника. Принцип работы кожухотрубчатого теплообменника.

Производители предлагают электрические генераторы:

Области применения синхронных трехфазных генераторов переменного тока

Важной особенностью синхронного генератора является его способность синхронизироваться с другими подобными электрическими машинами. Эта особенность позволяет использовать эти машины в промышленном производстве электроэнергии и подключать их к аварийным генераторам при увеличении нагрузки в пиковые периоды.

Трехфазные генераторы используются в:

тепловозах с выпрямлением переменного тока полупроводниковыми элементами и других транспортных системах;
мощных гидро-, тепловых электростанциях, атомных станциях, передвижных электростанциях;
гибридных автомобилях с целью совмещения тяги ДВС и мощности тяговых электродвигателей.

Современные трехфазные генераторы могут использоваться в качестве электродвигателей с выходной мощностью более 50 кВт. В этом режиме работы ротор подключается к источнику постоянного тока, а статор — к трехфазному кабелю.

В каких случаях необходимо купить и использовать синхронный генератор?

В следующих случаях выбирается синхронный генератор:

Если предъявляются высокие требования к постоянству параметров напряжения и частоты тока.
При высокой вероятности перегрузок в переходном режиме потребителей с реактивной мощностью.
При вероятности перегрузок в рабочем режиме, когда к генератору подключаются потребители как с активной, так и с реактивной мощностью.

Преимущества использования синхронных генераторов

Преимущества трехфазных синхронных генераторов :

Современные электрические генераторы производятся в соответствии с мировыми стандартами качества и безопасности.

Принцип работы машины в режиме синхронного генератора:

2. ЭДС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Возвращаясь к фактическим значениям, выражение ЭДС можно записать в следующем виде:

где n — скорость вращения ротора генератора, F — магнитный поток и c — постоянный коэффициент. При подключении нагрузки напряжение на клеммах генератора изменяется в разной степени. Например, увеличение активной нагрузки не оказывает существенного влияния на напряжение. В то же время индуктивная и емкостная нагрузки влияют на выходное напряжение генератора. В первом случае увеличение нагрузки размагничивает генератор и понижает напряжение, а во втором — размагничивает генератор и повышает напряжение. Это явление называется реакцией якоря. Чтобы обеспечить стабильность выходного напряжения генератора, необходимо регулировать магнитный поток. Если он ослаблен, необходимо размагнитить двигатель.

Если он усиливается, его необходимо размагнитить. Это делается путем регулировки тока, подаваемого на обмотку возбуждения ротора генератора.

Реакция якоря

Концевой выключатель двери

При подключении выхода к внешней нагрузке в обмотках статорного элемента начинает протекать электрический ток. Результирующее магнитное поле возникшей силы соединяется с полем, создаваемым элементом ротора. Такое взаимодействие полей называется реакцией якоря.

Реакция якоря в тензорезисторе с неоднородной нагрузкой

В активной нагрузке электрический ток и ЭДС имеют одинаковые фазы. Предельный ток достигается, когда полюса элемента ротора находятся на противоположной стороне обмоток якоря. Первичный магнитный поток и вторичный поток, образующийся при реакции якоря, перпендикулярны друг другу и, сталкиваясь друг с другом, образуют повышенный результирующий поток, который увеличивает ЭЭД в этот момент.

Напротив, индуктивная нагрузка, где потоки противостоят друг другу, приводит к значительному уменьшению электродвижущей силы.

При емкостной нагрузке токи, движущиеся в одном направлении, совпадают, что приводит к увеличению ЭДС.

Читайте также: Расчет азотных и черных нагревателей.

Любое увеличение нагрузки усиливает влияние реакции якоря на выходное напряжение, которое имеет тенденцию колебаться то в одну, то в другую сторону, что крайне нежелательно в энергосистемах. Практически это можно контролировать, просто меняя возбудитель, тем самым уменьшая влияние реакции якоря на основное динамическое поле.

3. СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

6.3.1. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Конструкция современного двигателя такая же, как у современного генератора. При подаче тока в трехфазную обмотку статора в ней создается вращающееся магнитное поле. Скорость его вращения определяется по формуле:

где f — частота сетевого тока, а p — число пар полюсов статора. Ротор, который часто является электромагнитом, строго следует за вращающимся магнитным полем, т.е. его скорость вращения n2 = n1. Рассмотрим принцип работы синхронного двигателя в следующей условной модели (рис. 6.3.1.). Предположим, что магнитное поле статора моделируется системой вращающихся магнитных полюсов N — S.

Ротор двигателя также представляет собой систему электромагнитов S — N, «сцепленных» с полюсами статора. Когда двигатель не нагружен, ось полюсов статора совпадает с осью полюсов ротора (= 0). Если ротор механически нагружен, оси полюсов статора и ротора могут расходиться на определенный угол. Однако «магнитная связь» между ротором и статором сохраняется, и частота вращения ротора равна синхронной частоте статора (n2 = n1). При более высоких значениях ротор может разорвать «связь», и двигатель останавливается. Основное преимущество синхронного двигателя по сравнению с асинхронным заключается в том, что синхронная скорость вращения ротора гарантируется даже при значительных колебаниях нагрузки.

6.3.2. СИСТЕМА ПУСКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Как показано выше, синхронное вращение ротора обеспечивается «магнитной муфтой» полюсов ротора с вращающимся магнитным полем статора. При первом запуске вращающееся магнитное поле статора создается практически мгновенно. Однако ротор с его значительной инерционной массой не может вращаться синхронно сразу. Он должен быть «разогнан» до субсинхронной скорости дополнительным устройством. Долгое время роль ускорительного двигателя выполнял обычный асинхронный двигатель, механически соединенный с синхронным двигателем. Ротор синхронного двигателя приводится в движение с субсинхронной скоростью. Затем двигатель подтягивается до синхронной скорости. Обычно мощность пускового двигателя составляет 5-15 % от мощности синхронного двигателя. Это означает, что синхронный двигатель может быть запущен только при нулевой нагрузке или низкой нагрузке на вал. Использование стартера с достаточной мощностью для запуска синхронного двигателя под нагрузкой делает такую систему громоздкой и дорогой. В последние годы была разработана так называемая асинхронная система пуска.

была разработана для синхронных двигателей. Для этого в полюсные выводы вставляются стержни, аналогичные короткозамкнутой обмотке асинхронного двигателя (рис. 6.3.2.1).

Синхронный двигатель работает как асинхронный двигатель во время первой фазы запуска и как синхронный двигатель после этого. В целях безопасности обмотка возбуждения должна быть коротко замкнута во время первой фазы запуска и подключена к калибровочному источнику питания во время последней фазы запуска.

Режимы работы СГ

Нормальный режим работы АГ может характеризоваться любым количеством рабочих периодов любой продолжительности, в течение которых основные параметры не отклоняются от диапазона допустимых значений. В этом режиме работы допустимы отклонения выходного напряжения и частоты в пределах 4-5% и 2,5% от номинального значения, коэффициентов мощности и тому подобное. Допуски устанавливаются нормативными документами и определяются при нагреве машин или гарантируются производителем.

Современный отечественный пожарный генератор, модель «Интерскол ЭБ-5500» 5,5 кВт

Нормальные режимы работы недопустимы для непрерывно работающего агрегата при таких условиях, как пере- или недовозбуждение, переход на асинхронный режим работы, перегрузка. На эти условия влияют следующие отклонения питающей сети:

неравномерность фазной загрузки;
короткое замыкание;
нагрузки попеременного действия.

Следует отметить, что на нормальную работу агрегата влияет подключенная к нему сеть, в которой любое нарушение мощности отдельных источников потребления вызывает искажение формы и асимметрию электрического сигнала.

Это важно: непрерывная работа электростанции допустима при разности фазных токов до 10 % в фазах турбогенераторов и до 15-20 % в гидрогенераторах, современных балансировочных машинах.

Синусоидальная кривизна в тензометрических датчиках может возникать из-за высокой мощности преобразователей, выпрямителей и др.

Следует учитывать, что нормальная работа современного оборудования возможна только при хорошей системе охлаждения. Например, если расход хладагента превышает 70% от номинального значения, должен сработать предупреждающий сигнал для отключения устройства от сети, иначе возможны сбои в работе. Если расход хладагента уменьшается на 50 %, агрегат следует разрядить примерно на две минуты, после чего отключить его максимум на четыре минуты.

Это интересно: Напильник. Виды, назначение, характеристики и особенности. Для чего нужен напильник.

Характерные черты СГ

Агрегаты SG имеют следующие характеристики:

при нулевой нагрузке (холостом ходе), когда якорная обмотка находится в не замкнутом виде, задается зависимость электродвижущей силы от электротоков возбуждения, а также устанавливается значение уровня намагничивания сердечников генератора;
выходное электронапряжение зависит от нагрузочных электротоков – этот признак является внешней характеристикой СГ;
регулировочные характеристики синхронной машины проявляются в зависимости возбуждающих электротоков от нагрузочных аналогов при поддерживании установленных параметров на выходе в автоматическом режиме.

Современные генераторы нашли широкое применение в промышленности и энергетике благодаря простой конструкции, понятному принципу работы и способности выдерживать кратковременные перегрузки.

Для правильной эксплуатации и ремонта ГА переменного тока необходимо знать принцип их работы (ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой частотой) и их структуру. Эти знания полезны как для инженеров строительных компаний и энергетиков, так и для обывателей, использующих оборудование этого типа в быту.

Принцип работы

Неправильно настроенное оборудование долго не проработает, возможны преждевременные отказы из-за всевозможных перегрузок, плохого возбуждения сети и частого перехода на асинхронный режим работы. Последний фактор чаще всего вызывается отклонениями в сети: переменные нагрузки, короткие замыкания, неравномерная зарядка фаз.

Следует отметить, что стабильная работа генератора также зависит от качества подключенной сети, где любое нарушение работы отдельных нагрузок связано с асимметрией и искажением сигнала. В такой ситуации возможен перегрев как самого агрегата, так и его обмотки. Силовые преобразователи и выпрямители подвержены синусоидальным искажениям.

Для нормального функционирования устройства необходимо его правильное охлаждение. Когда расход воды достигает 75% от номинального значения, включается сигнал тревоги. Если расход охлаждающей жидкости ниже 50 %, система разрядится в течение двух минут. Этот тип генератора работает по принципу электромагнитной индукции. Катушка якоря находится в разомкнутом положении только на холостом ходу, поэтому необходимое магнитное поле создается исключительно обмоткой ротора. Когда этот элемент приводится во вращение электродвигателем с проводами, он имеет постоянную частоту.

Начальное магнитное поле создается обмоткой возбуждения, а катушка якоря получает электрическую движущую силу. Когда якорь начинает двигаться только с определенной скоростью, весь поток возбуждения проходит через проводники статорной катушки. Это приводит к отображению изменяющейся ЭДС.

Используемые структуры возбуждения

Все крупные производители выпускают генераторы, двигатели и современные компрессоры, оснащенные инновационными полупроводниковыми структурами, например, для возбуждения трехфазных устройств. В таких случаях используется беспроигрышный метод выпрямления переменного тока.

Принцип работы генератора характеризуется тем, что структуры возбуждения могут обеспечивать следующие рабочие параметры:

Работа аппарата на холостом ходу.
Электроторможение устройства.
Функционирование в определённой энергетической структуре с имеющимися нагрузками либо перезагрузками.
Возбуждение синхронного генератора может быть немного форсировано в связи с такими критериями, как ток и напряжение, которые отвечают заданной кратности.
Подключение к электросети с помощью точной самосинхронизации.

Сферы применения

Многофункциональные трехфазные двигатели используются в различных областях. Их большая популярность обусловлена тем, что эти агрегаты обладают необходимой простотой и надежностью, а также доступной ценой. Генератор не требует специального обслуживания, быстро запускается и выдерживает длительные нагрузки. Трехфазная система переменного тока является лучшим способом обеспечить высокое качество электроснабжения, так как использование двигателей постоянного тока требует установки вспомогательных силовых агрегатов.

Трехфазные генераторы переменного тока считаются незаменимыми для питания сверлильных и токарных станков, пилорам и циркулярных пил, подъемников, лебедок и кранов. Кроме того, такие генераторные установки востребованы и в сельском хозяйстве, где основную часть работы выполняют барабанные молотилки, бороны, зерновые насосы и погрузчики. Современные генераторы используются в качестве основного источника переменного тока на крупнейших электростанциях, мобильных установках и транспортных средствах (локомотивах, вагонах, самолетах). Генератор может работать автономно или параллельно с сетью.

Проектировщики утверждают, что электростанции, не имеющие централизованного электроснабжения, не могут обойтись без этого вида оборудования. Это особенно актуально для крупных ферм, построенных вдали от жилых районов.

Виды синхронных агрегатов

Существуют следующие типы современных генераторов:

Гидро – в нем ротор имеет отличие за счет присутствия явно выраженных полюсов, применяется при производстве электроэнергии, осуществляет работу на малых оборотах.
Турбо – имеет отличия неявнополюсным строением генератора, производится от турбин разного вида, скорость оборотов довольно высокая, достигает порядка 6000 оборотов в минуту.
Компенсатор синхронный – данный агрегат поставляет реактивную мощность, применяется для повышения качества электроэнергии, чтобы стабилизировать напряжение.
Асинхронный агрегат двойного питания – устройство генератора такого типа заключается в том, что в нем подключается как роторная, так и статорная обмотки от поставщика токов с различной частотой. Создается асинхронный график работы. Также он отличается устойчивостью графика работы и тем, что преобразовывает разные токи фаз и используется для решения задач с узкой специализацией.
Двухполюсный ударный агрегат – работает в графике короткого замыкания, воздействует кратковременно, в миллисекундах. Также испытывает аппараты с высоким напряжением.

6. КОЛЛЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Асинхронные и современные генераторы без коллекторов, несмотря на множество положительных качеств, имеют существенные недостатки. Они не позволяют достаточно равномерно и экономично управлять вращением. Этот недостаток частично устраняется коллекторными двигателями. Коллекторные двигатели бывают однофазными и трехфазными. Ротор однофазного коммутаторного двигателя имеет форму цилиндра с фазными обмотками, статор — явно полюсный. Полюсная обмотка статора создает пульсирующее магнитное поле, поэтому все элементы магнитной цепи выполнены из отдельных электрических листов. Вращающий момент в однофазном двигателе с коммутатором создается за счет взаимодействия токов в обмотке ротора с магнитным потоком на полюсах. На рис. 6.6.1- показана схема подключения к сети двигателя с коммутатором.

Двигатели с коммутатором могут работать как с переменным, так и с постоянным током. В связи с этим их также называют двигателями общего назначения с коммутатором. Двигатели с коммутатором часто используются для привода швейных машин, пылесосов и т.д.