Dispozitivul și principiul de funcționare a unui generator de curent alternativ

Anterior

Conţinut:

  • Cum funcționează generatoarele de curent electric
  • Cine produce energie electrică pentru orașe
  • Cum se reglează parametrii generatoarelor de curent alternativ
  • Generator de curent alternativ asincron

Universul ne-a oferit multe modalități de a obține electricitate, iar fiecare etapă a dezvoltării umane are propriile sale metode. Să presupunem că mulți consideră că generatorul de sarcină constantă al lui Van de Graaf este primul din punct de vedere istoric. Dar acest lucru este fundamental greșit. Înainte, oamenii foloseau alte soiuri. Astăzi vom lua în considerare dispozitivul și principiul de funcționare a unui generator de curent alternativ. Să începem.

Cum funcționează generatoarele de curent electric

Principiul se bazează pe crearea unui potențial relativ la Pământ, care este considerat zero. Nu este tocmai corect, dar totul în lume este relativ. Prin urmare, deși suprafața pământului poartă o sarcină, în cazul nostru diferența de potențial dintre bornele generatorului și pământ joacă un rol. Dat fiind faptul că oricine stă pe pământ este înconjurat de câmpul planetei noastre, se poate presupune că acest lucru este adevărat. În cazul original, a fost inventat un generator de curent continuu. Tensiune și mai rapidă. Cert este că tensiunea a ieșit decent, iar generatorul nu a dat aproape niciun curent. Principiul de funcționare este foarte simplu:

Principiul de funcționare al generatorului

  • Banda se freacă, datorită căruia se eliberează o încărcare locală.
  • Secțiunea este adusă la pantograf prin intermediul unui mecanism de transport.
  • Datorită conductivității terminalului sub forma unei bile mari, densitatea este egalizată.

    • Ca rezultat, sfera capătă o sarcină cu o densitate egală cu sarcina locală de pe bandă. Este clar că astfel de generatoare nu erau foarte convenabile, așa că în jurul anului 1831, Michael Faraday creează ceva nou. Cu ajutorul unei potcoave magnetizate și a unui disc rotativ de cupru, a putut obține energie electricăîntr-un mod fundamental diferit: datorită fenomenului de inducţie magnetică. Dar curentul a ieșit deja alternativ. Prin urmare, câmpul nu a mai devenit static, ci electromagnetic. Să explicăm: (Vezi și: Dispozitivul și principiul de funcționare al unui motor electric cu curent alternativ)

    • În natură, se găsesc adesea sarcini electrice cu semn pozitiv sau negativ, dar nimeni nu a reușit încă să obțină separat polii unui magnet.
    • De fapt, nu există nici un câmp electric variabil care să nu provoace un răspuns corespunzător în eter. Constă în producerea unei componente magnetice variabile într-un plan perpendicular pe cel inițial.

    Acest proces continuă continuu și se numește undă electromagnetică. Se mișcă în spațiul liber în linie dreaptă până când toată energia se stinge. În ceea ce privește firele, electricitatea se răspândește de-a lungul lor relativ ușor. Dar! În timp ce cablul are o împletitură. Și dacă nu există niciun ecran sau nu există nicio reducere la zero (împământare), atunci unda începe să radieze. Pe această bază, indicatorii de șurubelniță fără fir funcționează, ele ajută la stabilirea (localizarea) surselor de interferență cu o frecvență industrială de 50 Hz. Și dacă unitatea de sistem a computerului nu este încă împământat, atunci cu ajutorul unui astfel de bibelou puteți corecta cu ușurință deficiența.

    În plus, ajută la verificarea radiațiilor nocive ale monitoarelor. În general, este necesar să înțelegem că frecvența de 50 Hz este radiată cu ușurință de fire. Și acest lucru nu numai că crește costurile centralelor electrice (în sensul pierderilor), dar dăunează și sănătății cetățenilor. Cum se generează energia într-un generator Faraday? Ei au vorbit despre asta la școală: atunci când cadrul se rotește în câmpul magnetic, inducția prin zonă se modifică din cauza căreia este indus un curent electric.

    În general, energia mecanică a mișcării este transformată în energie electrică. Probabil ați ghicit deja că, în cea mai mare parte, este:

  • Cădere din masele de apă din baraj.
  • Energia cu abur la centralele termice și nucleare.

    • Există în principal două mecanisme de obținere a energiei. În ambele cazuri, mișcarea palei turbinei generatorului este transformată în energie electrică. În natură, există și dispozitive care ard motorină sau kerosen, dar principiul funcționării lor nu este mult diferit. Diferența este doar în mobilitatea și viteza de rotație a lamei.

    Cine produce energie electrică pentru orașe

    Acum vom vedea cum este aranjat generatorul de curent la HPP. Un baraj este construit pentru a acumula energia potențială a apei în mișcare în albia râului. Din această cauză, nivelul din amonte începe să crească rapid. Pentru a preveni o descoperire (de orice fel), o parte din masa de mai multe tone este digerată (se pare că în unele locuri există chiar și ecluze speciale pentru a permite peștilor să depună icre). Partea utilă a fluxului trece prin așa-numitul aparat de ghidare. Cei care sunt familiarizați cu dispozitivul motoarelor cu reacție ar trebui să aibă o idee aproximativă despre ce vorbim. Un aparat de ghidare se numește sistem de clapete, a cărui modificare a poziției reglează cantitatea de mediu care trece. În acest caz, apă.

    Am spus în recenziile noastre că există cerințe stricte pentru frecvența energiei electrice generate. Oamenii de știință au calculat că acest lucru poate fi realizat la nivelul actual de dezvoltare, folosind doar lame foarte masive, care nu sunt afectate de valuri mici. Adică, se ia în considerare doar masa medie totală a trecerilor de apă, iar salturile mici sunt furate de masa mare a șurubului. Evident, la astfel de dimensiuni, viteza de rotație nu poate fi de 50 Hz (3000 rpm). De fapt, lama face aproximativ 1-2 rpm. (Vezi și: Dispozitivul și principiul de funcționare a unui motor electric cu curent continuu)

    generator

    Linii de înaltă tensiune

    Șurubul antrenează rotorul generatorului. Este mobilaxa pe care sunt montate așa-numitele înfășurări de excitație. Acestea sunt bobine prin care trece curentul continuu pentru a crea un câmp magnetic permanent. În acest caz, nu apare nicio radiație deoarece valoarea tensiunii este constantă (vezi mai sus). De fapt, există mici fluctuații, dar acest lucru nu afectează esența procesului: avem mai mulți magneți rotativi pe arbore.

    Acum există un punct subtil: cum obținem o frecvență de 50 Hz? Ei au ajuns rapid la concluzia că nu este rentabil să redreseze curentul alternativ și apoi să instaleze un invertor pentru conversia inversă. În schimb, multe bobine de sârmă (un cadru din experimentele lui Faraday) au fost aranjate de-a lungul statorului, în care va fi indusă inducția. Prin comutația corectă, este posibilă îndepărtarea necesarului de 220 V cu o frecvență de 50 Hz din generator. Strict vorbind, generatoarele dau chiar și trei faze deplasate cu 120 de grade. Și apare o nouă întrebare - cum să asigurăm stabilitatea? Hrăniți aceeași cantitate de apă până când lama atinge viteza dorită? Acest lucru este practic imposibil, în schimb faceți acest lucru:

  • Pe lângă bobinele de colectare a curentului de pe stator, sunt fabricate și bobine excitante.
  • Acolo se aplică o tensiune de o astfel de frecvență încât lama să câștige viteza necesară.
  • De fapt, se dovedește a fi un motor sincron uriaș.

    • Accelerația inițială este câștigată de curgerea apei (de exemplu), iar tensiunea auxiliară ține ușor șurubul atunci când încearcă să depășească viteza setată. În același timp, apa împinge de fapt toate aceste mașini, iar tensiunea de excitare servește la reglare (desigur, curentul alternativ este furnizat statorului). Dacă trebuie să obțineți mai multă putere, atunci aparatul de ghidare al barajului se deschide puțin. Din această cauză, masa de apă devine mai solidă și cu siguranță ar întrerupe rotația. Prin urmare, în acest caz, curentul este crescutexcitația de pe stator, care controlează câmpul, devine mai puternică și totul rămâne în limite normale.

    Generator in functiune

    În același timp, puterea generatorului crește. Dar ce zici de tensiune. Cum se menține nivelul acestuia? Conform legii pentru electromagnetic Faraday EMF, tensiunea depinde de rata de schimbare a câmpului magnetic, precum și de numărul de spire. Se pare că, alegând constructiv zona bobinelor și lungimea cablului, am stabilit deja tensiunea de ieșire a generatorului. Desigur, fiecare dintre ele trebuie să aibă și propria viteză de rotație a lamei. Și este menținută de curentul de excitație al rotorului, așa cum am spus deja. Dar odată cu creșterea puterii, EMF crește. Faptul este că o creștere a curentului de excitație crește viteza de modificare a intensității câmpului magnetic.

    Ca rezultat, este nevoie de o modalitate de a menține vechii parametri. Ei au adesea transformatoare de decuplare cu un raport de transmisie variabil. Adică doar curentul se modifică la consumator, iar tensiunea rămâne constantă. Așa se asigură parametrii stabiliți de standarde. Deci, dispozitivul generatorului de curent alternativ se bazează pe încălcarea înfășurărilor statorului și totul se reduce la metodele de ajustare a parametrilor.

    Cum se reglează parametrii generatoarelor de curent alternativ

    În cel mai simplu caz, puterea nu poate fi schimbată. În uz casnic (și generatoare mici), circuitul monitorizează tensiunea și, în acest caz, valoarea curentului de excitație se modifică. Este clar că acest lucru nu este întotdeauna în mâinile consumatorului. Mai ales când motorina este consumată. Se pare că energia anterioară este cheltuită, dar din anumite motive, o parte din ea este dispersată în spațiu. Nu este atât de groaznic când ne întoarcem pe Pământ o parte din viteza râului, dar nu toată lumea vrea să-și ardă combustibilul în acest fel.

    Cititorii au înțeles deja că cifra de afaceri poate eșua în acest caz, dacă nureduce alimentarea cu apă, gaz, abur - în general, puterea motrice. Și acesta este un lanț separat de reglementare cu toate mecanismele sale. Pentru o casă privată va fi mai eficient să se creeze un sistem cu baterii, mai ales că astăzi se poate alimenta iluminatul, laptopurile și multe alte dispozitive din curent continuu de 12 V. În acest caz, rețeaua poate fi construită cu o ramură pentru încărcarea periodică a bateriilor noastre. Și metodele, după cum ne amintim, sunt două:

    O diagramă simplă a generatorului

  • Cu curent continuu. Tensiunea este variată astfel încât aproximativ o zecime din capacitate este încărcată la fiecare oră. Durata întregului proces este de 600 de minute.
  • Cu tensiune constantă. În acest caz, curentul va scădea exponențial și va fi inițial relativ mare. Acesta este principalul dezavantaj al metodei.

    • În acest caz, principiul de funcționare al generatorului de curent alternativ va permite reîncărcarea bateriilor după cum este necesar. Este clar că este necesar un circuit de izolare galvanică înainte de cascada bateriei, dar aceasta este o cu totul altă poveste. După cum puteți ghici deja din cele citite, la centralele hidroelectrice se folosesc dispozitive cu raport de transformare reglabil. Și metodele de implementare a acestei idei pot fi diferite:

  • Transformatoarele cu înfășurări comutate au devenit larg răspândite. În ele, numărul de spire poate fi schimbat prin comutarea contactoarelor de circuit.
  • Un coeficient mai neted asigură un contact de alunecare. Aici, spirele uneia dintre bobine sunt dezlipite, iar colectorul de curent rulează înainte și înapoi, schimbând numărul de spire de lucru. Este clar că este dificil să treci un curent mare în acest caz, deoarece va apărea o scânteie, care în cazul unei centrale hidroelectrice se va transforma într-un arc. Este mai degrabă un dispozitiv de reglare pentru capacități relativ mici.

    • Din cele de mai sus rezultă că este logic să se schimbe curentul de excitație al rotorului la HPPcu salturi în timp de comutare înfășurările reglează transformatorul. Apoi are loc o ajustare lină până când parametrii de tensiune revin la normal. Am descris în termeni generali cum funcționează un alternator. Este de remarcat faptul că această construcție nu epuizează diversitatea. Acest tip de dispozitive este coloana vertebrală a colecției numite generatoare de curent alternativ sincron. Acestea ne oferă, în cea mai mare parte, energie.

    Generator de curent alternativ asincron

    Generatoarele asincrone se disting prin absența unei conexiuni electrice între stator și rotor. Din acest motiv, viteza este reglată direct de aparatul de ghidare. În consecință, stabilitatea frecvenței scade, amplitudinea tensiunii este, de asemenea, instabilă. Ca rezultat, putem remarca simplitatea relativă a designului generatorului de curent alternativ asincron, în timp ce stabilitatea parametrilor nu se distinge în mod clar de indicatori buni.

    O caracteristică distinctivă este și faptul că toate lipsurile de motoare asincrone migrează fără probleme și aici. Este evident că pentru a furniza energie consumatorilor, frecvența curentului este reglată, iar puterea este aleatorie. Deși, dacă generatorul se află într-un mediu relativ constant, atunci aceasta nu va fi o problemă mare.

    Următorul

    Citește și: