aparate de alternator

generator de curent transformă energia mecanică (cinetică) în energie electrică. Energia utilizată numai de rotire generator cu motor bazat pe apariția unei forțe electromotoare (emf) într-un conductor, care într-un fel acționează schimbarea câmpului magnetic. Acea parte a generatorului, care este proiectat pentru a genera un câmp magnetic, denumit inductor, și o porțiune în care forța electromotoare induse - ancoră.

Rotirea o parte a mașinii se numește rotorul. și o parte fixă ​​- stator. În mașini sincrone de curent alternativ inductor este, de obicei, un rotor și un mașini de curent continuu - statorului. În ambele cazuri, inductor este în mod tipic două sau sistem electromagnetic multipolar prevăzut cu un câmp bobinaj alimentat cu curent continuu (curent de excitație), dar sunt inductori, constând dintr-un magnet permanent. În inducție (asincrone) generatoare bobină variabilă și curentul armătură nu poate în mod clar (constructiv) diferă unul de altul (se poate spune că statorul și rotorul sunt ambele inductor și armătură).

Mai mult de 95% din energia electrică produsă în centralele electrice din lume utilizând alternatoare sincrone. Prin intermediul acestor generatoare rotative inductor creează un câmp magnetic rotativ care induce în stator (de obicei trei faze) înfășurare EMF variabilă a cărei frecvență corespunde exact cu viteza rotorului (stocat în sincronism cu frecvența de rotație a bobinei). Dacă inductor, de exemplu, are doi poli și se rotește la 3000 rot / min (50 r / s), în fiecare fază a este indusă de o frecvență variabilă CEM 50 Hz înfășurarea statorică. Proiectarea unui astfel de generator este simplificat în Fig. 1.

Fig. 1. Principiul doi poli de dispozitiv generator sincron. 1, statorul (armătură), un rotor 2 (un inductor), un arbore 3, 4 carcasa. U-X, V-Y, W-Z - aranjate în fantele înfășurările statorice ale celor trei părți faze

Sistemul magnetic statoric este un pachet comprimat de foi subțiri de oțel, în care fantele înfășurarea statorică se află. Răsucirea este format din trei faze mutat în cazul mașinilor cu două poli în raport cu celălalt cu 1/3 din perimetrul statorului; induse în înfășurările de fază, prin urmare, EMF decalate unul față de celălalt prin 120o. Bobina fiecărei faze, la rândul său, este format dintr-o bobine multitură conectate în serie sau în paralel. Una dintre cele mai simple variante de realizare ale realizare a unui astfel de doi poli generator de trei faze înfășurare prezentat în Fig simplist. 2 (de obicei, numărul de bobine din fiecare fază este mai mare decât cea prezentată în această figură). Acele părți ale serpentinelor care sunt în afara șanțurile de pe suprafața frontală a statorului, numite compuși frontal.

Fig. 2. Cel mai simplu cu trei faze principiu dispozitiv bipolar al unui generator sincron înfășurarea statorică în cazul celor două bobine în fiecare fază. 1 scanarea suprafața sistemului magnetic al statorului, înfășurarea 2, U, V, W fază începe bobină, X, Y bobina, Z capetele înfășurărilor de fază

Polii inductor și, în conformitate cu acest pol statoric divizare poate fi mai mare de doi. Este mai lentă rotorul se rotește, cu atât mai mare trebuie să fie la o frecvență predeterminată a numărului de poli ai curentului. De exemplu, în cazul în care rotorul se rotește cu 300 rot / min, numărul de poli ai generatorului pentru a produce o frecventa de curent alternativ de 50 Hz, pentru a fi 20. De exemplu, una dintre cele mai mari centrale hidroelectrice mondiale HPP Itaipu (Itaipu, vezi. Fig. 4) generatoare, care funcționează la o frecvență de 50 Hz, umplut cu 66 poli, și generatoare care funcționează la o frecvență de 60 Hz - 78 poli.

Înfășurării doi sau patru excitație generator este localizat, așa cum se arată în Fig. 1, în crestăturile miezului masiv rotor din oțel. O astfel de construcție rotor este necesară în cazul generatorului de mare viteză care funcționează la o viteză de rotație de 3000 sau 1500 r / min (în special pentru turbogeneratoarele, destinate conectării la o turbină cu abur), ca și la această viteză de înfășurarea rotorului sunt forța centrifugă ridicată. Pentru un număr mare de poli, fiecare pol are o singură excitație înfășurare (Fig. 3.12.3). Acest dispozitiv remarcabil pol principiu este utilizat în special în cazul generatoarelor cu viteză redusă, destinate conectării la turbinelor hidraulice (hidrogeneratoare) care funcționează în mod obișnuit, la o viteză de 60 rot / min, la 600 rot / min.

Foarte adesea, aceste generatoare, în conformitate cu un exemplu de realizare a turbinelor de apă puternice sunt realizate cu ax vertical.

Fig. 3. Principiu rotor dispozitiv cu viteză mică a generatorului sincron. 1 pol câmp înfășurare 2, 3 fixează arborele roții 4

Câmpul de înfășurare al generatorului sincron este, de obicei, alimentat cu curent continuu de la sursa de alimentare externă prin inele de alunecare la arborele rotorului. Anterior, acest lucru oferă generator de curent continuu de construcții (excitator), conectată rigid la arborele generatorului, și este utilizat în prezent în mai multe redresoare simple și ieftine semiconductoare. Există, de asemenea, sistemul de excitație construit în rotor în care forța electromotoare indusă prin înfășurarea statorică. În cazul în care se utilizează magneți permanenți, sursa de curent de excitație este eliminat, iar generatorul devine mult mai simplă și mai fiabilă, dar în același timp și mai scumpe pentru a crea câmpul magnetic în locul sistemului electromagnetic. Prin urmare, magneți permanenți sunt de obicei utilizate în relativ oscilatoare de putere mică (până la câteva sute de kilowați).

Proiectarea generatoarelor cu turbine, datorită rotoare cilindrice cu un diametru relativ mic, foarte compact. gravitația lor specifică este în mod obișnuit de 0,5 ... 1 kg / kW, iar puterea lor nominală Mauger ajunge la 1600 MW. dispozitiv hidrogeneratoare este oarecum, diametrul rotorului mare mai complicat și greutate specifică, astfel încât acestea, de obicei, de 3,5 ... 6 kg / kW. Până în prezent, au fost realizate la o capacitate nominală de 800 MW.

Când generatorul având în interior pierderile de energie cauzate de rezistența înfășurărilor (pierderea de cupru), prin curenți turbionari și histerezis în părțile active ale sistemului magnetic (pierderi de fier) ​​și frecare în lagărele de părțile rotative (pierderi prin frecare). În ciuda faptului că pierderea totală este de obicei mai mică de 1 ... 2% din puterea generatorului, disiparea căldurii, ducând la pierderea de expirarea, poate fi dificil. Dacă presupunem că simplistă masa generatorului este proporțională cu puterea, dimensiunile sale liniare sunt proporționale cu rădăcina cub a puterii, și dimensiunile de suprafață - putere la puterea de 2/3. Odată cu creșterea puterii, prin urmare, suprafața de îndepărtare a căldurii crește mai lent decât puterea nominală a generatorului. În cazul în care capacitatea de câteva sute de kilowați să aplice răcire naturală suficientă, atunci pentru instalațiile bolshih trebuie să meargă mai departe și de ventilație forțată, începând cu circa 100 MW, utilizați aer în loc de hidrogen. La capacitate mai mare (de exemplu, mai mult de 500 MW) trebuie să fie suplimentate cu apă de răcire de hidrogen. La generatoarele mari trebuie răcite și lagăre special, folosind, de obicei circulația uleiului.

In plus generatoare sincrone relativ neregulat și la o putere relativ mică (până la câteva megawați) pot fi utilizate și generatoare de inducție. Într-un astfel de generator de curent rotor bobinat indus câmpului magnetic al statorului atunci când rotorul se rotește mai repede decât stator rotativ frecvență AC câmp. Necesitatea unor astfel de oscilatoare apare de obicei atunci când este imposibil să se asigure rotirea continuă a vitezei mașinii de forță (de exemplu, turbine eoliene, turbine hidro si unele m mici. P.).

In polii magnetici generator de curent continuu, cu o excitație bobinaj dispus în general în stator și armături înfășurarea - în rotor. Deoarece în înfășurarea rotirea variabilă EMF indusă, armătura trebuie să furnizeze colector (comutator) rotor, prin ieșirea generatorului (perii colectoare de pe) primesc EMF constantă. În prezent, generatoarele de curent continuu sunt rar folosite, deoarece DC este mai ușor de obținut prin intermediul unor redresoare semiconductoare.

Pentru a include un generator pentru motoare și generatoare electrostatice. o porțiune rotativă, care prin frecare (triboelectrically) creează o sarcină electrică de înaltă tensiune. Primul astfel de generator (rotit manual de sulf, care electrifica mingii frecarea mâinii umane) produs în 1663 primarul orașului Magdeburg (Magdeburg, Germania), Otto von Guericke (Otto von Guericke, 1602-1686). În cursul dezvoltării sale, astfel de generatoare li se permite să deschidă mai multe fenomene electrice și legi. Ei încă nu și-au pierdut importanța lor ca mijloc de a efectua cercetări experimentale în domeniul fizicii.

Fig. 5. Principiul dispozitivului generator de magnetoelectric Ippolita Piksi (a), tensiunea electromotoare indusă de program (b) și graficul obținut folosind colector pulsatoare constanta emf (c). Mânerul și angrenajul conic nu este prezentat

Generator, construit pe principiul Pixie, folosit pentru prima dată în 1842 la uzina din Birmingham (Birmingham) pentru a furniza băi galvanice engleză industriașul John Stephen Vulrich (John Stephen Woolrich, 1790-1843), utilizând ca o capacitate a motorului cu aburi motor de acționare de 1 litru. a. Tensiunea ei generatorului a fost de 3 V, curentul nominal - 25 A și eficiență - aproximativ 10%. generatoare similare, dar mai puternic a început repede să fie introduse în alte întreprinderi galvanizată de Europa. În 1851, un doctor militar german Vilgelm Yozef Zinshteden (Wilhelm Josef Sinsteden, 1803-1891) a propus utilizarea unui inductor în loc de magneți permanenți și electromagneți pentru a le alimenta mai puțin curent de la generatorul auxiliar; De asemenea, el a constatat că eficiența generatorului va crește în cazul în care miezul de fier al electromagnetului nu pentru a produce masiv, ci din firele paralele. Cu toate acestea idei Zinshtedena a devenit un real folos doar în 1863, inginerul electric învățat limba engleză-Genri Uayld (Henry Wilde, 1833-1919), care a propus, printre alte inovații, implant mașină excitatoare (ing. Exitatrice) la arborele generatorului. In 1865 el a produs un generator de putere fără precedent pînă atunci de 1 kW, cu care el ar putea arăta chiar topirea și sudarea metalelor.

Fig. 6. Dezvoltarea DC Sisteme generatoare de excitație. excitație cu ajutorul unui magnet permanent (1831), excitație externă b (1851), c auto-excitație secvențială (1866), d paralele auto energizare (1867). Anchor 1, 2 câmp înfășurare. Reglarea curentului de excitație nu reostate arătat

Nevoia de alternatoarelor a apărut în 1876, când a lucrat la Paris, inginer electrician român Pavel Yablochkov (1847-1894) a început să acopere străzile orașului cu ajutorul ei manufacturate AC lămpi cu arc (lumânări Yablochkov). Primul necesar pentru acest generator creează un inventator parizian si industrias Zenobia Théophile Gram (Zénobe Theophile Gramme, 1826-1901). Odată cu începerea producției în masă a becurilor incandescente în 1879, curent alternativ de ceva timp, și-a pierdut sensul, dar din nou câștigat în importanță datorită creșterii gama de transport al energiei electrice la mijlocul anilor 1880. În 1888-1890 ani de laborator proprietarului propriu de cercetare Tesla Electric (Tesla-Electric Co. New York, SUA), care a emigrat în Statele Unite ale Americii inginer electric sârb Nikola Tesla (Nikola Tesla, 1856-1943), și inginer-șef al companiei AEG (AEG, Allgemeine Elektricitats-Gesellschaft) a emigrat în Germania română inginer electric Mihail Dolivo-Dobrovolsky (1862-1919) a dezvoltat un sistem de curent alternativ trifazat. Ca urmare, aceasta a început producția generatoarelor sincrone tot mai puternice construite pentru centrale termice și hidroelectrice.

O etapă importantă în dezvoltarea turbinei generatorului poate fi considerată dezvoltarea în 1898 a unui rotor cilindric co-proprietar al uzinei electrice elvețian Brown Boveri and Company (Brown, Boveri Cie. BBC) Charles Eugene Lancelot Brown (Charles Eugen Lancelot Brown, 1863-1924). Primul generator cu răcire de hidrogen (capacitate de 25 MW), lansat în 1937, compania americană GE (General Electric), și un vnutriprovodnym răcit cu apă - în 1956, firma britanica Vickers Metropolitan (Metropolitan Vickers).