Устройство принцип действия промышленного генератора - NEVINKA-INFO.RU

Устройство принцип действия промышленного генератора

Устройство и конструкция генератора переменного тока, принцип действия, схема работы. Виды генераторов по принципу работы - синхронный и асинхронный и по типу топлива. Основные сферы применения генераторов.

Устройство принцип действия промышленного генератора

Как устроен генератор переменного тока — назначение и принцип действия

Люди пользуются энергией электрического тока практически во всех сферах своей деятельности. Сейчас нелегко представить жизнь без электричества, которое с помощью специального оборудования преобразуется из механической энергии. Рассмотрим подробнее, как происходит этот процесс, и как устроены современные генераторы.

Превращение механической энергии в электрическую

Любой генератор работает по принципу магнитной индукции. Самый простой генератор переменного тока можно представить, как катушку, которая вращается в магнитном поле. Также есть вариант, при котором катушка остается неподвижной, но магнитное поле только её пересекает. Именно во время этого движения и вырабатывается переменный ток. По такому принципу функционирует огромное количество генераторов во всем мире, объединенных в систему электроснабжения.

Устройство и конструкция генератора переменного тока

Стандартный электрогенератор имеет следующие компоненты:

  • Раму, к которой закреплен статор с электромагнитными полюсами. Изготовлена она из металла и должна выполнять защитную функцию всех элементов механизма.
  • Статор, к которому крепится обмотка. Изготавливается он из ферромагнитной стали.
  • Ротор – подвижный элемент, на сердечнике которого располагается обмотка, образующая электрический ток.
  • Узел коммутации, который отводит электричество с ротора. Представляет собой систему подвижных токопроводящих колец.

В зависимости от назначения, генератор имеет определенные особенности конструкции, но существуют два компонента, которыми обладает любое устройство, конвертирующее механическую энергию в электричество:

  1. Ротор – подвижная цельная деталь из железа;
  2. Статор – неподвижный элемент, который изготовлен из железных листов. Внутри него есть пазы, внутри которых располагается проволочная обмотка.

Для получения большей магнитной индукции, между этими элементами должно быть небольшое расстояние. По своей конструкции генераторы бывают:

  • С подвижным якорем и статическим магнитным полем.
  • С неподвижным якорем и вращающимся магнитным полем.

В настоящее время более распространено оборудование с вращающимися магнитными полями, т.к. значительно удобнее снимать электрический ток со статора, чем с ротора. Устройство генератора имеет немало сходств с конструкцией электродвигателя.

Схема генератора переменного тока

Принцип работы электрогенератора: в тот момент, когда половина обмотки находится на одном из полюсов, а другая на противоположном, ток движется по цепи от минимального до максимального значения и обратно.

Классификация и виды агрегатов

Все электрогенераторы можно распределить по критерию работы и по типу топлива, из которого и образуется электроэнергия. Все генераторы делятся на однофазные (выход напряжения 220 Вольт, частота 50 Гц) и трехфазные (380 Вольт с частотой 50 Гц), а также по принципу работы и типу топлива, которое конвертируется в электричество. Ещё генераторы могут использоваться в разных сферах, что определяет их технические характеристики.

По принципу работы

Разделяют асинхронные и синхронные генераторы переменного тока.

Асинхронный

У асинхронных электрогенераторов нет точной зависимости ЭДС от частоты вращения ротора, но здесь работает такой термин, как «скольжение S». Оно определяет эту разницу. Величина скольжения вычисляется, поэтому некоторое влияние элементов генератора в электромеханическом процессе асинхронного двигателя все же есть.

Синхронный

Такой генератор обладает физической зависимостью от вращательного движения ротора к генерируемой частоте электроэнергии. В таком устройстве ротор является электромагнитом, состоящим из сердечников, обмоток и полюсов. Статором являются катушки, которые соединены по принципу звезды, и имеющими общую точку – ноль. Именно в них вырабатывается электрический ток.
Ротор приводит в движение посторонняя сила подвижных элементов (турбин), которые двигаются синхронно. Возбуждение такого генератора переменного тока может быть, как контактным, так и бесконтактным.

По типу топлива двигателя

Удаленность от электросети с появлением генераторов больше не становится препятствием для пользования электроприборами.

Газовый генератор

В качестве топлива здесь используется газ, во время сгорания которого и вырабатывается механическая энергия, которая затем заменяется электрическим током. Преимущества использования газогенератора:

  • Безопасность для окружающей среды, ведь газ при сгорании не выделяет вредных элементов, копоти и токсичных продуктов распада;
  • Экономически это очень выгодно – сжигать дешевый газ. В сравнении с бензином, это обойдется значительно дешевле;
  • Подача топлива осуществляется автоматически. Бензин и дизельное топливо требуется по мере необходимости подливать, а газовый генератор обычно подключают к системе газоснабжения;
  • Благодаря автоматике, аппарат приходит в действие самостоятельно, но для этого он должен располагаться в теплом помещении.

Дизельный генератор

Эту категорию составляют преимущественно однофазные агрегаты мощностью 5 кВт. 220 Вольт и частота 50 Гц являются стандартными для бытовой техники, поэтому дизельный аппарат неплохо справляется со стандартной нагрузкой. Как можно догадаться, для его работы требуется дизельное топливо. Почему стоит выбрать именно дизельный электрогенератор:

  • Относительная дешевизна топлива;
  • Автоматика, позволяющая автоматически запускать генератор при прекращении подачи электрического тока;
  • Высокий уровень противопожарной безопасности;
  • В течении длительного периода времени агрегат на дизеле способен проработать без сбоев;
  • Внушительная долговечность – некоторые модели способны работать в общей сумме 4 года непрерывной эксплуатации.

Бензогенератор

Такие аппараты довольно востребованы как бытовое оборудование. Несмотря на то, что бензин дороже газа и дизеля, такие генераторы имеют немало сильных сторон:

  • Малые габариты при высокой мощности;
  • Просты в эксплуатации: большинство моделей можно запустить вручную, а более мощные генераторы оснащены стартером. Регулируется напряжение под определенную нагрузку при помощи специального винта;
  • В случае перегрузки генератора автоматически срабатывает защита;
  • Просты в обслуживании и ремонте;
  • Во время работы не издают много шума;
  • Можно применять и в помещении, и на улице, но следует защищать от попадания влаги.

ИНФОФИЗ — мой мир.

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

  • Главная
  • Мир физики
    • Физика в формулах
    • Теоретические сведения
    • Физический юмор
    • Физика вокруг нас
    • Физика студентам
      • Для рефератов
      • Экзамены
      • Лекции по физике
      • Естествознание
  • Мир астрономии
    • Солнечная система
    • Космонавтика
    • Новости астрономии
    • Лекции по астрономии
    • Законы и формулы — кратко
  • Мир психологии
    • Физика и психология
    • Психологическая разгрузка
    • Воспитание и педагогика
    • Новости психологии и педагогики
    • Есть что почитать
  • Мир технологий
    • World Wide Web
    • Информатика для студентов
      • 1 курс
      • 2 курс
    • Программное обеспечение компьютерных сетей
      • Мои лекции
      • Для студентов ДО
      • Методические материалы
  • Физика школьникам
  • Физика студентам
  • Астрономия
  • Информатика
  • Индивидуальный проект
  • Арх ЭВМ и ВС
  • Методические материалы
  • Медиа-файлы
  • Тестирование
  • ПОКС

Как сказал.

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Список лекций по физике за 1,2 семестр

Урок 43-3 Устройство и принцип работы генератора переменного тока

  • » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
  • E-mail

Рассмотрим замкнутый контур (рамку) площадью S, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого равна B. Контур равномерно вращается вокруг оси OO’ с угловой скоростью ω.

Магнитный поток, пронизывающий контур, определяется формулой Ф = BS cosΔφ, где Δφ — угол между вектором нормали n к плоскости контура и вектором В. Рамка вращается внутри магнита с частотой v, и за время t совершает N = vt оборотов. За оборот рамка поворачивается на угол 2π рад. Угол на который поворачивается рамка за время t: Δφ = 2π vt = ωt, тогда изменение магнитного потока ΔФ = BS cos Δφ = BS cos ωt .

В замкнутом контуре возникает э.д.с. индукции, которая по закону электромагнитной индукции равна скорости изменения магнитного потока .

Тогда получим мгновенное значение э.д.с.

e = — Ф’ = — (BS cos ωt)’ = BSω sin ωt

Следовательно э.д.с. индукции, возникающая в замкнутом контуре, при его равномерном вращении в однородном магнитном поле меняется со временем по закону синуса. Э.д.с. индукции максимальна при sin ωt = 1, т.е. α = ωt = π/2

Величина ε = ωBS – называется амплитудным значением э.д.с. индукции.

Если такой контур замкнуть на внешнюю цепь, то по цепи пойдет ток, сила и направление которого изменяются. Такая рамка, вращающаяся в магнитном поле является простейшимгенератором переменного тока.

В нашей стране используется переменный ток частотой 50 Гц (в США – 60 Гц). Такой ток вырабатывается генераторами.

Генераторы электрического тока – это устройства для преобразования различных видов энергии – механической, химической, тепловой, световой и др. – в электрическую.

Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции.

В настоящее время имеется много различных типов генераторов. Но все они состоят из одних и тех нее основных частей. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-вторых, обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС — электродвижущая сила (в рассмотренной модели генератора это вращающаяся рамка).

Неподвижную часть генератора называют статором, а подвижную – ротором.

Так как ЭДС, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока (Фm = BS) через каждый виток.

В изображенной на рисунке модели генератора вращается проволочная рамка, которая является ротором. Магнитное поле создает неподвижный постоянный магнит. Разумеется, можно было бы поступить и наоборот: вращать магнит, а рамку оставить неподвижной. К концам обмотки ротора присоединены контактные кольца. Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью.

Модель генератора переменного тока.

Промышленные генераторы имеют намного большие размеры, для увеличения напряжения, снимаемого с клемм генератора, на рамки наматывают не один, а много витков. Во всех промышленных генераторах переменного тока витки, в которых индуцируется переменный ток, устанавливают неподвижно, а вращается магнитная система. Если ротор вращать с помощью внешней силы, то вместе с ротором будет вращаться и магнитное поле, создаваемое им, при этом в проводниках статора будет индуцироваться э.д.с.

Принцип действия генератора переменного тока следующий. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, — в пазах другого. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим для увеличения потока магнитной индукции.

Читайте также  Щетки генератора ваз 2101 в сборе

В больших промышленных генераторах вращается именно электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. Дело в том, что подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходится при помощи скользящих контактов. Для этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки.

Структурная схема генератора переменного тока.

Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том левее валу (В настоящее время постоянный ток в обмотку ротора чаще всего подают из статорной обмотки этого же генератора через выпрямитель).

В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны.

Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.
Современный генератор электрического тока — это внушительное сооружение из медных проводов, изоляционных материалов и стальных конструкций. При размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготовляются с точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать электрическую энергию столь же непрерывно и экономично.

Что такое генераторная установка? Особенности, принцип действия, классификация

Генераторная установка — оборудование, предназначенное для производства энергии и используемое при организации автономного, аварийного или резервного электроснабжения. Сфера применения зависит от технических характеристик и эксплуатационных возможностей станции. Например, агрегаты малых мощностей получили широкое распространение в быту (на дачах, в загородных домах и т.д.), а более производительное оборудование используется на строительных площадках, в промышленности, в энергетической отрасли и других направлениях. Впрочем, и те и другие имеют схожую конструкцию и электрическую схему.

Устройство генераторов переменного тока

Любая энергоустановка, вне зависимости от принадлежности к тому или иному типу, имеет два основных элемента — двигатель и альтернатор. Первый за счет сжигания жидкого или газообразного топлива вырабатывает механическую энергию, второй преобразует ее в электрическую.

Помимо этого конструкция газовых, бензиновых и дизельных генераторов включает в себя такие составляющие, как:

  • Система охлаждения
    При работе силового агрегата выделяется тепловая энергия, что отрицательно сказывается на состоянии всех элементов конструкции. И чем выше температура, тем быстрее происходит износ. Для того чтобы затормозить этот процесс, а также предотвратить перегрев альтернатора и двигателя, используется жидкостное или воздушное охлаждение. Первый вариант по праву считается более эффективным, поэтому на мощных установках применяют именно его. Что же касается бытовых агрегатов с дизельным или бензиновым двигателем, то их обычно комплектуют системами второго типа.
  • Топливная система
    Основное назначение этого узла состоит в обеспечении питания двигателя. В состав входят распределительные трубопроводы, топливный насос, фильтры. Еще одним элементом системы можно считать встроенный топливный бак. В зависимости от расхода, имеющийся запас топлива обеспечивает 6-12 часов работы двигателя. В том случае, когда длительность непрерывной эксплуатации необходимо увеличить, возможна установка дополнительного бака.
  • Пусковая система
    Запуск генераторных установок может быть ручным, электрическим или автоматическим. В первом случае оператор вручную запускает двигатель, дергая за шнур. Поскольку это не слишком удобно, такие системы чаще всего используют на маломощных бензиновых электростанциях бытового класса. Профессиональное и промышленное оборудование комплектуют электростартерами либо системами автоматического запуска. Последние контролируют напряжение в основной сети и при перебоях подают команду на запуск резервных источников питания.
  • Контейнер или кожух
    Всепогодный контейнер служит для защиты от внешних факторов и позволяет использовать генераторные установки, как в помещениях, так и на открытом воздухе. В свою очередь звукоизолирующий кожух не только защищает агрегат, но и снижает уровень шума. Также стоит отметить, что ряд электростанций поставляется потребителям в открытом исполнении. В этом случае двигатель вместе с дополнительным оборудованием размещается на платформе или на стальной раме.

Как работает электростанция?

Что такое генераторная установка, и какова ее конструкция, мы рассмотрели. Теперь перейдем к принципу действия оборудования. Он основывается на эффекте электромагнитной индукции. Если катушку пронизывается магнитный поток, то при его изменении на выводах возникает электрическое напряжение. Величина последнего прямо пропорциональна скорости изменения потока. Исходя из этого, можно сделать вывод: для получения электрического тока необходимо магнитное поле и катушка, с выводов которой будет сниматься переменное напряжение.

Принцип работы газовых, бензиновых и дизельных генераторных установок можно изложить в трех пунктах:

  • При сгорании топлива в камере ДВС образуется энергия расширения газов, которая перерабатывается кривошипно-шатунным узлом. В результате этого возникает механическая энергия, заставляющая вращаться коленчатый вал.
  • Поскольку альтернатор соединен с валом, движение последнего передается ротору. Далее при вращении ротора возникает электромагнитное поле, которое создает электродвижущую силу.
  • В свою очередь электродвижущая сила создает напряжение, которое стабилизируется посредством управляющего устройства и подается на выход.

В зависимости от принципа действия альтернатора различают синхронные и асинхронные агрегаты. У первых частота вращения магнитного поля и ротора совпадает. Вторые действуют в режиме торможения, то есть частота вращения магнитного поля отстает от того же параметра ротора. Несмотря на сравнительно невысокое качество тока, асинхронные модели завоевали популярность у потребителей. Это связано с простотой конструкции, неприхотливостью в обслуживании, доступной стоимостью. Что же касается механизмов синхронного типа, то они вырабатывают более качественный ток по сравнению с асинхронными генераторами и могут использоваться для питания чувствительной техники, в том числе медицинских приборов.

Виды двигателей стационарных и передвижных установок

Приводом альтернатора выступает двигатель внутреннего сгорания. В качестве топлива применяется бензин, дизель, газ. В бытовом резервном энергоснабжении наибольшее распространение получили бензогенераторы. Их отличает доступная цена и неплохие эксплуатационные характеристики. Однако мощных бензиновых агрегатов не существует — максимальная производительность оборудования составляет 20-30 кВт. Кроме того, такие устройства не рассчитаны на длительную автономную нагрузку и каждые несколько часов требуют остановки.

Генераторы тока: переменного и постоянного

Отсутствие электричества сегодня не становится проблемой как в быту, так и в промышленности. Широкий ассортимент генераторов тока позволяет решить проблему быстро, с минимальными трудозатратами. Резервные источники питания незаменимы в современной реальности — всему нужна электроэнергия. Гарантии, что подачу электроэнергии не прекратят в самый неподходящий момент – не может дать ни она организация. Поэтому резервная электростанция на базе генератора постоянного или переменного тока — важное, а зачастую незаменимое оборудование, которое обеспечивает непрерывность производства, комфорт в бытовой сфере, безопасность и непрерывность технологических процессов.

Что такое генератор тока

Когда нет электрической энергии, требуется получить её из другого источника. Наши предки, например, использовали силу ветра, течения рек. Впрочем, сегодня подобную энергию применяют, если не жалко времени и сил на возведение плотин и ветряков. Генераторы тока стандартно «работают» на топливе, за счет вращения обмотки в магнитном поле преобразовывая механическую энергию вращения в электричество. Ток возникает в замкнутом контуре, протекает по обмоткам, когда к электростанции подключается потребитель — именно так работает генератор тока.
В зависимости от того, как вращается магнитное поле (при неподвижном или подвижном проводнике) различают два типа этих электрических машин — генераторы постоянного или переменного тока.

В чем разница между постоянным и переменным током

Вспоминаем уроки физики. Электроток — заряженные микрочастицы, которые «бегут» в определенном направлении. У постоянного тока частицы движутся по прямой, в одном направлении от минуса к плюсу. У переменного движение электронов идет по синусоиде с определенной частотой (полярность между проводами меняется несколько раз за заданный промежуток времени).

Разница между движением заряженных частиц заложена в принцип работы генераторов электрического тока. Для простого обывателя можно сказать так: в розетке — переменный, в батарейке — постоянный. В качестве частного случая, с очень большим упрощением, можно сказать так: всё что с напряжением до 48 Вольт — всё постоянный, всё что от 100 до 500 Вольт — переменный.

Автор статьи и специалисты Mototech прекрасно осведомлены о том, что и постоянный ток может иметь практически любое напряжение (например, 380 Вольт на шине постоянного тока в ИБП), так же как и переменный ток для узких задач.

Несмотря на то, что конечный результат работы электростанций один — потребитель получает электроэнергию, методы преобразования механической энергии в электродвижущую силу и электричество различаются. Элементы (комплектующие) также отличны.

  • Внешней силовой рамы, изготовленной из высокопрочных сплавов. Корпус рассчитан на интенсивную нагрузку, возникающую при передаче магнитного потока от полюса к полюсу. Проще говоря: чугунный кожух не «пробивается» разрядами тока.
  • Магнитных полюсов, закрепленные на корпусе болтами или шпильками. На «плюс» и «минус» монтируется обмотка.
  • Статора. Остов с катушкой возбуждения изготавливают из ферромагнитных материалов, на сердечнике устанавливают магнитные полюса, которые и образуют магнитное поле.
  • Вращающегося ротора (якоря). Задача магнитопровода — снизить вихревые токи и повысить КПД генератора постоянного тока.
  • Коммутационного узла, оснащенного щетками (обычно изготовленными из графита) и коллекторными пластинами из меди.

Полюсов может быть несколько (число минусов и плюсов всегда идентично). Поэтому сегодня потребитель может купить электростанцию необходимой мощности и обеспечить электричеством как дом, так и промышленный объект.

Конструктивной разницы в статоре и роторе между устройствами постоянного и переменного тока нет. Практически идентичны и силовые рамы. Существенное отличие в комплектации коммуникационного узла. Каждый выход механизма помимо щеток оснащен токопроводящими кольцами. «Закольцованный» ток движется по синусоиде и несколько раз в секунду достигает пика мощности. По типу устройства, характеристикам и принципу работы современные генераторы переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Специфика синхронного устройства: скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля в рабочем зазоре.

  • Отсутствие электрической связи с ротором;
  • Вращение якоря под воздействием остаточного механизма статора;
  • Измененная электрическая нагрузка на статоре.
Читайте также  Щиты авр с запуском генератора

Такие агрегаты могут быть однофазными и трехфазными.

  • Рамка вращается вокруг оси, расположенная на корпусе обмотка регулярно проходит через «минус» и «плюс» полюсов.
  • Каждый раз при достижении разнополюсных точек, происходит смена направления тока на противоположное.
  • Выходной цепи благодаря полукольцу, расположенному на коллекторном узле, создается постоянный ток.
  • С помощью щеток с положительного или отрицательного полюса снимается потенциал и по схеме передается потребителю.

Такая схема работает в простейшей конструкции, с одним плюсом и минусом, если положительных/отрицательных точек больше, ЭДС и ориентировочное количество электроэнергии рассчитываются по формуле.

  • Небольшой вес и компактность агрегата;
  • Возможность использовать в экстремальных условиях;
  • Отсутствие потерь, связанных с вихревыми токами.

Минус: на большую мощность при использовании устройств такого типа рассчитывать не стоит.

Устройства такого типа преобразуют механику в электроэнергию, вращая проволочную катушку в магнитном поле. Ток вырабатывается, когда силовые линии пересекают обмотку. До тех пор, пока магнитное поле соприкасается с проводником, в нем индуцируется электроток.
Идентичный принцип действует и в случае, если рамка вращается относительно магнита, пересекая силовые линии.

В электростанциях с синусоидальной подачей тока отсутствует реактивная мощность. То есть весь запас электроэнергии (с вычетом потерь на проводах) расходуется на нужды потребителя, а не на поддержание работоспособности устройства.

  • Большая выходная мощность при одинаковых габаритах устройств постоянного и переменного тока;
  • Выработка электроэнергии на низких скоростях вращения ротора;
  • Проще конструкция и схема, соответственно, меньше узлов, нуждающихся в техобслуживании и ремонте;
  • Конструкция токосъемного узла отличается большей надежностью;
  • Больше эксплуатационный ресурс и меньше эксплуатационные затраты.

Дополнительное преимущество: агрегаты с трехфазным питанием можно использовать для питания высоковольтных потребителей.

Оба вида генераторов популярны в бытовой и промышленной сфере. Станции постоянного тока нашли применение в сфере транспорта. Так, в трамваях, троллейбусах обычно установлены двигатели, работающие на постоянном токе. Низковольтные устройства незаменимы для питания систем освещения в местах, где нет доступа к централизованной подачи электроэнергии. Например, на борту самолетов. Если большая мощность — не основополагающая характеристика электростанции, то генераторы постоянного тока отлично справятся с питанием оборудования в учебных, медицинских учреждениях, лабораториях. Полноценные дизельные электростанции постоянного тока используются на аэродромах для зарядки и питания бортовых систем летной техники.

Электростанции переменного тока необходимы практически для всего остального. 99% того, что питается от централизованной сети — это устройства переменного тока. Соответственно, аварийное питание этих объектов так же должно осуществляться от соответствующего оборудования.

Мototech специализируется на продаже электростанций различного типа. Поможем выбрать оптимальный вариант электростанции мощностью от 5 до 6000 кВА и конечно же, это будут электростанции переменного тока. Мы обеспечим сопроводительные строительные и электромонтажные работы, грамотную пуско-наладку и обслуживание устройств. С клиентами работают сотрудники с энергетическим образованием, поэтому квалифицированную информацию, ответы на вопросы и правильные расчеты характеристик в соответствии с вашими потребностями гарантируем.

Генераторы — типы, устройство и принцип работы

Устройство генератора

Генератор состоит из следующих основных узлов:

Приводной двигатель, включая системы смазки, подачи топлива, охлаждения, выхлопа и шумоподавления. В зависимости от типа привода — бензинового, дизельного или газового двигателя внутреннего сгорания, различают соответственно бензиновые генераторы, дизельные генераторы и газовые генераторы;

Альтернатор, который вращается от приводного двигателя и генерирует переменное 1-но или 3-х фазное напряжение;

Контрольно-измерительные приборы и автоматика (КИПиА) — осуществляют контроль за работой всех составляющих генератора, реализуют его автоматическое включение при пропадании основного сетевого напряжения, а так же защиту двигателя и альтернатора от аварийных режимов и выхода из строя;

Рама (каркас, корпус) — объёмная или плоскостная конструкция, связывающая все перечисленные агрегаты в единый комплекс. В раму чаще всего встраивается штатный топливный бак для работы станции без дозаправки на время от 3 до 15-20 часов.

Типы генераторов

Бензиновые генераторы

Генераторы на базе 4-х тактных бензиновых двигателей предназначены для продолжительной эксплуатации — около 6-8 часов ежедневно).

Бензиновые генераторы выпускаются в основном мощностью до 15 кВА, характеризуются небольшими размерами, весом, уровнем шума, простотой в эксплуатации и сравнительной экологической чистотой. Они используются как мобильные, аварийные или резервные источники электропитания в период отключения основной электроэнергии на даче, ферме, торговой точке, или как источник электроснабжения в полевых условиях (на стройке в походе и т.п.) для осветительного, сварочного, строительного и другого оборудования.

Бензиновые генераторы

Бензиновый генератор существенно дешевле, чем дизельный, но затраты на топливо для него выше. (Кстати, следует отметить более высокую пожароопасность бензина по сравнению с дизельным топливом). Они имеют меньший уровень шума (55-72 дБ) по сравнению с дизельными (80-110 дБ), а также гораздо легче запускаются при низких температурах окружающей среды, чем дизельные, из-за меньшей вязкости топлива.

Дизельные генераторы

Выпускаются с двигателями с различной частотой оборотов коленвала: 1500 об./мин. или 3000 об./мин. Первые являются более тихими и имеют увеличенный ресурс работы двигателя (наработка на отказ 15 000 — 40 000 часов), при необходимости они могут работать без останова двигателя круглые сутки. Вторые дешевле и меньше по весо-габаритным характеристикам, но обладают повышенным шумом, имеют более высокий расход топлива и значительно меньший ресурс.

В дизельных генераторах для увеличения мощности при сохранении габаритов, веса и объема камеры сгорания применяется турбонаддув. Воздух в двигателях, прежде чем попасть в камеру сгорания, сжимается в турбокомпрессоре. Его турбина приводится в движение выхлопными газами. После сжатия воздух либо сразу направляется в камеру сгорания, либо охлаждается в промежуточном радиаторе и также поступает в камеру сгорания двигателя.

Дизельные генераторы, собранные на высокооборотных двигателях воздушного охлаждения, считаются резервными, с наработкой порядка 500 моточасов в год, их использование в качестве основных источников электроэнергии не рекомендуется. Для круглосуточной работы без ограничения наработки должны применяться дизельные генераторы только с жидкостным охлаждением и с вращением коленвала 1500 об./мин. Такие электроагрегаты отличаются долговечностью, оптимальным расход топлива, низким шумом и высоким моторесурсом.

Дизельные генераторы

Дизельный генератор более экономичен и надёжен, чем бензиновый, но стоит значительно дороже. Диапазон мощностей очень широк: от нескольких кВт до нескольких МВт. Возможно создание энергосистемы, состоящей из нескольких агрегатов, работающих параллельно с наращиванием или резервированием мощности.

Газовые генераторы

Работают на природном магистральном (NG) и на сжиженном (LPG) газе. Делятся на два типа: воздушного охлаждения и жидкостного. Первые имеют мощность до 15 кВА и используются в основном для резервного электропитания. Вторые имеют большую мощность и применяются при очень продолжительных отключениях коммунальных электрических сетей. Комплектуются автоматикой и системой подогрева. Отличаются малым очень уровнем шумов и высокой экологичностью. >>> подробнее

Газовый генератор

Сварочные генераторы

Представляет собой обычный бензиновый или дизельный генератор, в котором установлен специальный сварочный альтернатор, адаптированный к значительным мгновенным перегрузкам, а также сварочный аппарат — трансформатор или выпрямитель. Сварочные генераторы могут применяться как для сварочных работ, так и для электропитания различного оборудования, но одновременное совмещение этих двух функций не разрешается. Электрическая мощность составляет от 3 до 10 кВА (220 или 380 В), ток сварочного аппарата — от 170 до 300 А. Стоимость самой популярной профессиональной модели SDMO VX 200/4H C составляет порядка
128 000 руб.

Сварочный генератор

Альтернатор

Это устройство, которое механическую энергию вращения двигателя преобразует в электрическую. В зависимости от назначения генератора применяются асинхронные и синхронные альтернаторы 1-но или 3-х фазного исполнения.

Синхронные альтернаторы отличаются более высоким качеством вырабатываемой электроэнергии и способностью выдерживать 3-х кратные мгновенные перегрузки. Они построены конструктивно сложнее асинхронных: например, у них на роторе находятся обмотки.

Асинхронные альтернаторы дешевле и устроены гораздо проще синхронных: их ротор напоминает обычный маховик, но качество генерируемого электричества невысокое. Если к генератору с таким генератором подключается электродвигатель с большими пусковыми токами (холодильник, насос, электроинструмент), то нужно делать соответственный запас по мощности выбираемого генератора с асинхронным генератором, который не переносит пиковых перегрузок. Асинхронные применяются только в некоторых переносных моделях, в профессиональных и стационарных устанавливаются только синхронные.

Альтернаторы

Частота выходного напряжения генератора зависит от частоты вращения приводного двигателя, которая в свою очередь зависит от величины нагрузки и от количества полюсов альтернатора. Чем больше нагрузка, тем меньше частота вращения двигателя и, соответственно, меньше частота выходного напряжения. Чтобы частота вырабатываемой электроэнергии не выходила за пределы, определенные ГОСТом, применяются регуляторы оборотов двигателя.

Частота вращения двигателя стабилизируется двумя видами регуляторов:

  • механическими, которые настроены таким образом, что при нагрузке 75-90% частота выходного напряжения равна 50 Гц. Соответственно, на более малых нагрузках (10-30 % от номинала генератора) частота напряжения будет в пределах 52-53 Гц;
  • электронными, предназначенными поддерживать постоянную частоту 50 Гц вне зависимости от суммарной нагрузки на двигатель. Генераторы с электронной стабилизацией частоты вращения двигателя стоят дороже обычных с механическим регулятором.

Силовая часть альтернатора и цепи нагрузки комплектуется автоматами защиты или трёхполюсными переключателями-автоматами с ручным или электрическим приводом. Напряжение можно снимать либо через вмонтированные в распределительный щит розетки (на маломощных генераторах), либо через клеммные выводы.

Контрольно-измерительные приборы и автоматика (КИПиА)

Применение микропроцессоров позволяет генератору обрабатывать несколько десятков признаков неполадок, регистрировать дату и время признаков отклонений параметров работы узлов в режиме реального времени, программировать режимы работы, осуществлять запуск, синхронизацию, включение и выключение в автоматическом режиме. Для дистанционного управления энергосистемой используются телекоммуникационные модули, осуществляющие по интерфейсам RS232 и RS485 удаленный контроль и регулирование различных параметров генератора и его управление.

Типы запуска генераторов

Ручной режим пуска используется на компактных бензиновых и мобильных дизельных генераторах, которые используются для автономного питания нагрузок при авариях (питание пожарных насосов, откачивающих насосов при наводнениях, сварочные и вспомогательные агрегаты при ремонте трубопроводов), различных выездных мероприятиях (концерты, выставки и т.п.).

Для автоматического резервного режима работы используется более сложная схема управления и больший набор элементов автоматики. Когда в сети есть напряжение, генератор не работает, находится в дежурном режиме. При пропадании напряжения автоматикой подается управляющий сигнал на запуск двигателя, и через 3-10 секунд он достигает номинального числа оборотов. Если двигатель не запускается, то управляющий сигнал на запуск повторяется (до 3-5 6 раз). Через 10-30 секунд после достижения электрогенератором заданного напряжения и частоты, нагрузка автоматически переключается на питание от генератора.

Читайте также  Чертеж крепления для переноса генератора

Когда напряжение в сети восстанавливается, происходит автоматическое переключение нагрузки с генератора обратно на сеть с задержкой, необходимой автоматике для определения стабильности появившегося напряжения и частоты. После восстановления напряжения в сети агрегат несколько минут продолжает работу на холостом ходу для охлаждения двигателя и электрогенератора, а затем останавливается. После остановки он сразу готов к запуску. При такой конфигурации аккумулятор автоматически подзаряжается от сети. При отрицательных температурах происходит включение электронагревателя охлаждающей жидкости двигателя, что позволяет сразу после запуска снимать с электрогенератора полную нагрузку и сводит к минимуму отказы при пуске станции при пропадании основной сети. Различные дополнительные опции облегчают эксплуатацию генератора (запись параметров в память и передача их на расстояние либо по проводной/телефонной/линии, либо передача аварийных сообщений на пейджер или сотовый телефон), возможность дистанционного пуска и т.п.

Дополнительное оборудование для генератора

Посмотрите нашу ФОТОГАЛЕРЕЮ
установленных генераторов!

Электрический генератор

Основное оборудование электрических станций и подстанций

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

История изобретения генератора электрического тока

Русский ученый Э.Х.Ленц еще в 1833г. указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если ее питать током, и может служить генератором электрического тока, если ее ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток. Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами. Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863г.

При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866-1867гг. ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

В 1870г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г.А.Пачинотти.

В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км. Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос. Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой.

Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:

  • Электростатическую индукцию
  • Трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков

По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.

Принцип работы любого электрического генератора

Принцип работы любого электрического генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция преобразовывает механическую энергию двигателя (вращение0 в энергию электрическую. Принцип магнитной индукции: если в однородном магнитном поле В равномерно вращается рамка, то в ней возникает, переменная Э.Д.С., частота которой равна частоте вращения рамки. Будем ли мы вращать рамку в магнитном поле, или магнитное поле вокруг рамки, либо магнитное поле внутри рамки, результат будет один — Э.Д.С., изменяющаяся по гармоническому закону.

Вот теперь и поговорим о асинхронном и синхронном генераторе более подробно.

Синхронный электрогенератор

Синхронный электрогенератор — это синхронная машина, работающая в режиме генератора в которой частота вращения магнитного поля статора равна частоте вращения ротора. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. В синхронном генераторе ротор выполнен виде постоянного магнита или электромагнита.

Число полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но кратно двум. В бытовых электростанциях используется, как правило, ротор с двумя полюсами, чем и обусловлена частота вращения двигателя электростанции 3000 об/мин. Ротор, при запуске электростанции, создает слабое магнитное поле, но с увеличением оборотов, увеличивается и ЭДС в обмотке возбуждения. Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки (AVR) поступает на ротор, контролируя выходное напряжение за счет изменения магнитного поля. Например, подключенная индуктивная нагрузка размагничивает генератор и снижает напряжение, а при подключении емкостной нагрузки происходит подмагничивание генератора и повышение напряжения. Это называется «реакцией якоря».

Для обеспечения стабильности выходного напряжения необходимо изменять магнитное поле ротора путем регулирования тока в его обмотке, что и обеспечивается блоком AVR. Преимуществом таких генераторов является высокая стабильность выходного напряжения, а недостатком — возможность перегрузки по току, так как при завышенной нагрузке, регулятор может чрезмерно повысить ток в обмотке ротора. Еще к недостаткам синхронного генератора можно отнести наличие щеточного узла, который рано или поздно придется обслуживать. Благодаря такому способу регулировки, вне зависимости от изменения тока нагрузки и оборотов двигателя электростанции стабильность выходного напряжения генератора остается очень высокой, примерно ±1%.

Асинхронный электрогенератор

Асинхронный электрогенератор — асинхронная машина (двигатель) работающая в режиме торможения, ротор которой вращается с опережением, но в том же направлении что и магнитное поле статора. В зависимости от типа обмотки, ротор может быть короткозамкнутым либо фазным.

Вращающееся магнитное поле, созданное вспомогательной обмоткой статора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке статора, так же как и в синхронном генераторе. Вращающееся магнитное поле остается всегда неизменным и не регулируемо, вследствие чего напряжение и частота на выходе генератора зависит от частоты оборотов ротора, а следовательно от стабильности работы двигателя электростанции.

Несмотря на простоту обслуживания, малую чувствительность к короткому замыканию и невысокую стоимость, асинхронные генераторы применяются достаточно редко, так как имеются ряд недостатков: асинхронный генератор всегда потребляет намагничивающий ток значительной силы, поэтому для его работы необходим источник реактивной мощности (конденсаторы), зависящий от активно-индуктивного характера нагрузки; ненадежность работы в экстремальных условиях; возбуждение асинхронного генератора зависит от случайных факторов и происходит, как правило, при скорости превышающей или равной синхронной; зависимость выходного напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя и т.д.

Устройство генератора

Основными частями любого генератора являются: система магнитов (или, чаще всего, электромагнитов), создающих магнитное поле, и система проводников, пересекающих это магнитное поле. При пропускании магнитного поля через катушку магнитный поток принудит свободные электроны сместиться на концы проводника. Подобное смещение отрицательно заряженных частиц становится источником возникновения электродвижущей силы — ЭДС (напряжение). В результате у генератора при вращении его оси идёт постоянное воздействие магнитного потока на обмотки, на которых и возникает ЭДС.

Составные части генератора:

  • коллектор,
  • щетки,
  • магнитные полюса,
  • витки,
  • вал,
  • якорь.

Принцип действия генератора

Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС. Следовательно, такой проводник можно использовать как источник электрической энергии.

Виды генераторов

  • электрогенераторы,
  • бензогенераторы,
  • дизельгенераторы,
  • инверторные генераторы.

Применение

Генераторы используются во многих сферах жизнедеятельности и производства, при различных условиях. Бензогенераторы незаменимы в случае отключения электричества в небольших загородных домах и дачах. Кроме того, их удобно применять в тех местах, где нет электроэнергии (отдаленные районы, горы, леса). Дизельные генераторы применяется в качестве основного или резервного источника электропитания. Инверторные генераторы незаменимы как источник дополнительного питания для электронного оборудования. Такие электростанции исспользуются организациями, использующими различную электронную технику.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: