Вращающаяся часть генератора называется а) стартором. б) индуктором. в) ротором
маятник коливається з періодом 2 с визначте кількість коливань за 1 хвилину та частоту коливань
7. Як зміниться період вільних електромагнітних коливань у коливальному контурі, якщо ємність конденсатора збільшити в 9 разів, а індуктивність котуш … ки зменшити в 16 разів? (2 бали)
Решите задачу по физике
Вантаж на пружині здійснює вільні коливання. Виберіть правильне твердження * А. Коливання можливі тільки при досить великій силі тертя. Б. Коливання в … антажу є незатухаючими. В. Період коливань не залежить від їхньої амплітуди. Г. У міру зменшення амплітуди коливань частота збільшується Вантаж, підвішений на довгій нитці, здійснив 5 коливань за 10 с. Виберіть, які з поданих чотирьох тверджень правильні. * А. Період коливань більше 2,5 с. Б. Довжина нитки більше 1,2 м. В. Довжина нитки менше 1,5 м. Г. Частота коливань більше 1 Гц.
До вільних коливань належать…Виберіть правильне твердження *
А.
Підвішений на довгій нитці вантаж здійснює малі коливання. Виберіть правильне твердження *
А. Чим більша маса вантажу, тим більша частота коливань.
Б.
… Чим більша амплітуда коливань, тим менший їхній період.
В. Чим довша нитка, тим менший період коливань.
Г. Кінетична енергія вантажу то зменшується, то збільшується.
По шнуру біжить поперечна хвиля. Виберіть правильне твердження *
А. Фази коливань усіх точок шнура однакові.
Б. Швидкості точок, що коливаються, напрямлені в бік поширення хвилі.
До вимушених коливань належать… * А. Коливання люстри, в яку дитина влучила м’ячиком. Б. Коливання судна під час шторму. В. Коливання стрілки терезі … в при зважуванні. Г. Коливання стрілки компаса після поштовху.
З пружинного пістолета з висоти 2 м над землею вилітає верти- кально вгору кулька зі швидкістю 5 м/с. Визначте, на яку максимальну висоту підніметься … кулька і яку вона матиме швидкість у момент падіння на землю. Скільки часу кулька перебувала в польоті? Яке її переміщення за перші 0,2 с польоту?
Два автомобілі масами m і 2m рухаються з однаковими швидкостями відносно Землі в різних напрямках. Чому дорівнює кінетична енергія другого автомобіля … в системі відліку пов’язаній з першим автомобілем?
сила 40 Н сообщает телу ускорение 8 м/с²? какая сила должна действовать на это же тело, чтобы его ускорение было 6м/с²?
Урок 43-3 Устройство и принцип работы генератора переменного тока
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 ε0 = 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
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.
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.
РАЗНИЦА МЕЖДУ ГЕНЕРАТОРОМ И ГЕНЕРАТОРОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА | СРАВНИТЕ РАЗНИЦУ МЕЖДУ ПОХОЖИМИ ТЕРМИНАМИ — ТЕХНОЛОГИЯ
Генератор против генератора В широком смысле генератор — это общий термин для устройства, преобразующего механическую энергию в электрическую, а генератор переменного тока — это тип генератора, котор
Генератор против генератора
В широком смысле генератор — это общий термин для устройства, преобразующего механическую энергию в электрическую, а генератор переменного тока — это тип генератора, который генерирует переменный ток.
Подробнее об электрическом генераторе
Фундаментальный принцип работы любого электрического генератора — закон электромагнитной индукции Фарадея. Идея, сформулированная в этом принципе, состоит в том, что при изменении магнитного поля в проводнике (например, проволоке) электроны вынуждены двигаться в направлении, перпендикулярном направлению магнитного поля. Это приводит к созданию давления электронов в проводнике (электродвижущей силы), что приводит к потоку электронов в одном направлении.
Говоря более технически, скорость изменения магнитного потока через проводник во времени индуцирует в проводнике электродвижущую силу, и ее направление задается правилом правой руки Флеминга. Это явление в основном используется для производства электроэнергии.
Чтобы добиться этого изменения магнитного потока через проводящий провод, магниты и проводящие провода перемещаются относительно друг друга, так что магнитный поток изменяется в зависимости от положения.
Увеличивая количество проводов, можно увеличить результирующую электродвижущую силу; поэтому провода намотаны в катушку, содержащую большое количество витков. Установка либо магнитного поля, либо катушки во вращательное движение, в то время как другое неподвижное, позволяет непрерывно изменять магнитный поток.
Вращающаяся часть генератора называется ротором, а неподвижная часть — статором. Часть генератора, генерирующая ЭДС, называется якорем, а магнитное поле — просто полем. Якорь может использоваться как статор или как ротор, а компонент поля — другой.
Увеличение напряженности поля также позволяет увеличить наведенную ЭДС. Поскольку постоянные магниты не могут обеспечить интенсивность, необходимую для оптимизации выработки энергии от генератора, используются электромагниты. Через эту цепь возбуждения протекает намного меньший ток, чем через цепь якоря, и меньший ток проходит через контактные кольца, которые поддерживают электрическую связь в ротаторе. В результате, большинство генераторов переменного тока имеют обмотку возбуждения на роторе, а статор — в качестве обмотки якоря.
Подробнее об генераторе
Генераторы работают по тому же принципу, что и генератор, используя обмотку ротора в качестве составляющей поля и обмотку якоря в качестве статора. Разница в том, что нет необходимости менять поляризацию обмоток; следовательно, контакт для обмоток обеспечивается не коммутатором, как в генераторе постоянного тока, а напрямую подключенным. В большинстве генераторов переменного тока используются три обмотки статора, поэтому на выходе генератора используется трехфазный ток. Затем выходной ток выпрямляется через мостовые выпрямители.
Ток в обмотке ротора можно контролировать; в результате выходное напряжение генератора переменного тока можно контролировать.
Чаще всего генераторы используются в автомобилях, где механическая энергия двигателя, подаваемая на вал ротора (через коленчатый вал), преобразуется в электрическую энергию, а затем используется для подзарядки аккумуляторной батареи в автомобиле.
Генератор против генератора
• Генератор — это общий класс устройств, а генератор — это тип генератора переменного тока.
• В генераторах переменного тока используются регуляторы напряжения и выпрямители для создания выхода постоянного тока, в то время как в других генераторах постоянный ток получается путем добавления коммутатора или вырабатывается переменный ток.
• Частота на выходе генератора переменного тока может изменяться из-за изменений частоты ротора (но это не влияет, потому что ток выпрямляется до постоянного), в то время как другие генераторы работают с постоянной частотой вала ротора.
• Генераторы используются в автомобилях для выработки электроэнергии.
Кольцевой генератор
Область техники
Настоящее изобретение касается кольцевого генератора ветровой энергетической установки. Настоящее изобретение касается также способа управления ветровой энергетической установкой, и настоящее изобретение касается ветровой энергетической установки.
Предшествующий уровень техники
Ветровая энергетическая установка посредством электрического генератора преобразует принимаемую у ветра механическую энергию в электрическую энергию.
При этом кольцевой генератор представляет собой медленно вращающийся генератор, который обходится без редуктора между вращающейся частью генератора и механическим ротором, который снабжен лопатками ротора. С этой целью кольцевой генератор снабжен множеством полюсов. Количество может составлять порядка 20-84 полюсов и более. При этом кольцевой генератор имеет относительно большой диаметр по сравнению с его осевой длиной. Например, кольцевой генератор современной ветровой энергетической установки номинальной мощностью 7 или более мегаватт имеет диаметр воздушного зазора, равный примерно 10 м, в то время как длина воздушного зазора в осевом направлении находится в пределах 1 м. При этом воздушный зазор известным образом представляет собой промежуточное пространство между статором и вращающейся частью электрического генератора. При этом вращающаяся часть и/или статор имеют характерную форму кольца, что послужило основанием для названия кольцевого генератора.
Из-за медленной скорости вращения вращающейся части кольцевого генератора ветровой энергетической установки, которая может находиться в пределах примерно от 5 до 50, в частности, от 10 до 30 оборотов в минуту, в качестве номинальной частоты вращения, самоохлаждение с помощью крыльчатки, механически жестко соединенной с вращающейся частью, исключено или, по меньшей мере, малоэффективно.
Для сравнения здесь следует сослаться на другие генераторы, которые применяются у ветровых энергетических установок вместе с редуктором с высоким передаточным числом и имеют номинальные частоты вращения в пределах нескольких тысяч оборотов в минуту. Решения таких генераторов не могут быть перенесены на медленно вращающиеся кольцевые генераторы.
Из DE 10936591 A1 известен генератор для безредукторных ветровых преобразователей, представляющий собой внешнюю вращающуюся часть. Здесь вся магнитная эффективная часть генератора расположена вне гондолы. В целях охлаждения специально предлагается внешняя вращающаяся часть, причем, если смотреть в радиальном направлении, вращающаяся часть расположена вне статора. От расположенной внутри статора опоры ведут кронштейны к расположенной снаружи вращающейся части. Эти кронштейны одновременно выполнены в виде лопастей, чтобы нагнетать охлаждающий воздух в каналы охлаждения статора. Такая конструкция, однако, является крайне сложной и затратной.
В DE 102004046700 B4 для ветровой энергетической установки с кольцевым генератором, представляющим собой внутреннюю вращающуюся часть, предлагается с помощью вентилятора в кожухе гондолы подавать под давлением воздух в гондолу и через воздушный зазор кольцевого генератора, чтобы тем самым охлаждать кольцевой генератор.
В качестве известного уровня техники следует сослаться на следующие документы: DE 19636591 A1; DE 10246690 A1; DE 60021492 T2; DE 19608286 B4; DE 60029977 T2; EP 1837519 A2, а также DE 10233947 A1.
Для усиления охлаждения кольцевого генератора статор, в частности, кольцо статора может быть предусмотрено для водяного охлаждения, в частности, для направления водяного потока. Недостаток при этом заключается, однако, в том, что при применении водяного охлаждения, в частности, для металлического предмета, такого как кольцо статора, существует принципиальная опасность коррозии.
Краткое изложение существа изобретения
Задачей настоящего изобретения является по возможности улучшить кольцевой генератор, в частности, усилить и/или сделать более эффективным охлаждение кольцевого генератора, или, по меньшей мере, предложить альтернативный кольцевой генератор.
В соответствии с изобретением, таким образом, предлагается кольцевой генератор по п.1. Такой кольцевой генератор ветровой энергетической установки, который преобразует принятую у ветра механическую энергию в электрическую энергию, и включает в себя статор и вращающуюся часть, установленную с возможностью вращения относительно статора по оси вращения. В контексте кольцевого генератора здесь вместо ротора используется понятие вращающейся части, чтобы исключить возможную путаницу с механическим ротором ветровой энергетической установки, который образован в основном из ступицы ротора и, по меньшей мере, одной, чаще трех лопаток ротора. Использование понятия вращающейся части никоим образом не должно указывать на применяемый тип генератора. Но предпочтительно применяется синхронный генератор.
Статор включает в себя в основном периферическое кольцо статора для размещения пакета сердечника с обмотками статора. Вращательное движение вращающейся части относительно статора возбуждает в пакете сердечника переменное магнитное поле, что, в свою очередь, приводит к протеканию тока в обмотках статора и, вследствие потерь, вызывает нагрев статора.
Кольцо статора снабжено каналами охлаждения, предназначенными для охлаждения статора воздушным потоком. Таким образом, обеспечивается дополнительное воздушное охлаждение. Такие каналы охлаждения могут быть предусмотрены как для активного охлаждения, так и для пассивного охлаждения, или для комбинации того и другого. В случае активного охлаждения создается, таким образом, искусственный воздушный поток для охлаждения.
В соответствии с изобретением кольцевой генератор выполнен в виде внутренней вращающейся части. Соответственно, вращающаяся часть движется внутри статора. Например, воздушный зазор между вращающейся частью и статором выполнен практически в виде (короткой) цилиндрической оболочки. Сюда также может относиться расположение, при котором воздушный зазор в осевом направлении имеет несколько уменьшающийся или увеличивающийся диаметр и, поэтому, похож на конический участок. В частности, вращающаяся часть в виде кольца в радиальном направлении расположена при этом внутри также кольцеобразного статора.
Статор установлен неподвижно в виде наружного кольца.
Предпочтительно предусмотрено, по меньшей мере, несколько каналов охлаждения для активного охлаждения форсированным воздушным потоком, и альтернативно или одновременно предусмотрено несколько каналов охлаждения для пассивного охлаждения ветром. В частности, предусмотрено устройство, которое создает воздушный поток, и соответствующие каналы охлаждения для активного охлаждения снабжены отверстием для впуска или, соответственно, выпуска соответствующего воздушного потока. Предпочтительно некоторые каналы охлаждения могут быть предусмотрены для активного, а другие для пассивного охлаждения.
Кроме того, предлагается соединенная со статором крышка статора для создания камеры нагнетания с повышенным или пониженным давлением, служащей для обеспечения активного воздушного потока через и/или по статору и/или вращающейся части для охлаждения кольцевого генератора. Такая крышка статора заключает в себе, таким образом, область, соседнюю с кольцевым генератором и граничащую с ним, в которой создается повышенное давление воздуха, и этот воздух может выходить наружу через участки в кольцевом генераторе, в частности, через каналы охлаждения в кольце статора и/или через воздушный зазор, так что возникает охлаждающий воздушный поток.
Крышка статора включает в себя периферический, в частности, круглой формы участок крепления, предназначенный для крепления к статору, в частности, к кольцу статора. В остальном точной форме крышки статора, в сущности, не придается большого значения.
Согласно одному из вариантов осуществления кольцо статора относительно оси вращения имеет внутренний участок кольца, предназначенный для активного охлаждения, и наружный участок кольца, предназначенный для пассивного охлаждения, а крышка статора прикреплена к кольцу статора так, что только внутренний участок кольца обдувается активным потоком охлаждающего воздуха. В частности, крышка статора в радиальном направлении закреплена в имеющем круглую форму участке крепления между внутренним и наружным участком кольца. Внутренний участок кольца, таким образом, находится преимущественно внутри крышки статора и вместе с тем обращен к камере нагнетания крышки статора, в то время как наружный участок кольцевого пространства расположен вне крышки статора.
Создаваемый камерой нагнетания в крышке статора воздушный поток достигает, таким образом, только внутреннего участка кольца.
В остальном следует отметить, что в принципе в крышке статора также может быть создано пониженное давление воздуха, чтобы всасывать воздух через отверстия в кольцевом генераторе в направлении крышки статора.
Предпочтительно крышка статора предназначена для того, чтобы служить опорой для кольца статора, которое, в свою очередь, служит опорой для пакета сердечника с обмотками статора. При этом крышка статора может быть закреплена на кольце статора. Кольцо статора в этом случае через крышку статора закреплено на основании машины. Но в остальном крышка статора не ограничена крышкообразным исполнением, а может также принимать общую форму кожуха или тому подобного.
По другому варианту осуществления в крышке статора предусмотрено, по меньшей мере, одно отверстие воздуходувки, укомплектованное воздуходувкой. С помощью такой воздуходувки воздух может вдуваться в камеру нагнетания, чтобы создавать воздушный поток через и/или по статору и/или вращающейся части для охлаждения кольцевого генератора.
Альтернативно такая воздуходувка может также обеспечивать пониженное давление воздуха в камере нагнетания, чтобы создавать встречный воздушный поток. Также могут быть предусмотрены две или более воздуходувок в крышке статора.
Предпочтительно некоторые или все каналы охлаждения проходят в осевом направлении относительно оси вращения. Таким образом, кольцевой генератор, по меньшей мере, частично предусмотрен для охлаждающих воздушных потоков в осевом направлении.
Предпочтительно множество каналов охлаждения концентрически расположено вокруг оси вращения и образует, по меньшей мере, одну кольцеобразную область охлаждения.
Согласно другому варианту осуществления кольцевой генератор отличается тем, что кольцо статора относительно оси вращения в радиальном направлении включает в себя одно внутреннее и одно наружное, и опционально одно среднее, стабилизирующее опорное кольцо, при этом между двумя опорными кольцами образована область охлаждения круглой формы.
Кольцо статора разделено, таким образом, на стабилизирующую и охлаждающую области. По меньшей мере, выполнены два опорных кольца, между которыми выполнена, в сущности, также кольцеобразная, область охлаждения. При применении среднего опорного кольца могут быть также предусмотрены две кольцеобразные области охлаждения, а именно, одна между средним и наружным опорным кольцом или другая между средним и внутренним опорным кольцом. Опорные кольца соответственно выполнены в основном цельными. На каждом внутреннем опорном кольце закреплены также пакет сердечника или другие области с хорошей магнитной проводимостью.
При этом указанные два или три опорных кольца предпочтительно и, в частности, вместе с расположенными между ними областями охлаждения выполнены одной деталью, например, отлиты. Опорные кольца, которые также могли бы называться участками опорного кольца, должны преимущественно обеспечивать усиление жесткости кольца статора. При применении среднего стабилизирующего опорного кольца крышка статора предпочтительным образом прикреплена к среднему, стабилизирующему опорному кольцу, благодаря чему кольцо статора может опираться на крышку статора.
Крышка статора при этом воздействует на кольцо статора через среднее опорное кольцо, обеспечивая опору.
Благодаря применению трех опорных колец и в совокупности двух расположенных между ними кольцеобразных областей охлаждения создаются различные ступени охлаждения и температурные области. Внутренняя кольцеобразная область охлаждения находится ближе к пакету сердечника и вместе с тем к источнику тепла и будет соответственно иметь более высокие температуры, чем соответствующая наружная кольцеобразная область охлаждения. Возможные напряжения, которые могут возникнуть в результате высокой температуры во внутренней кольцеобразной области охлаждения, могут восприниматься наружной кольцеобразной областью охлаждения. Соответственно этому у внутренней кольцеобразной области охлаждения следовало бы ожидать большого количества тепла и относительно большого расширения, в то время как у наружной кольцеобразной области охлаждения следовало бы ожидать малого количества тепла и соответственно меньшего расширения.
Наружная кольцеобразная область удерживает при этом внутреннюю кольцеобразную область и ограничивает при необходимости ее расширение.
Согласно одному из вариантов осуществления предлагается, чтобы соседние каналы охлаждения одной области охлаждения были отграничены друг от друга ограничительными стенками, и ограничительные стенки образуют соединительные перегородки между двумя соседними стабилизирующими опорными кольцами, и/или два соседних опорных кольца были соединены друг с другом ребрами охлаждения. Благодаря этому между двумя соседними стабилизирующими опорными кольцами получается конструкция, которая, с одной стороны, соединяет соответствующие опорные кольца и одновременно разделяет каналы охлаждения. Такие соединительные конструкции или соединительные перегородки могут одновременно выполнять функцию ребер охлаждения. Эти внутренние ребра охлаждения могут, в сущности, иметь любую форму. Наряду с прямым исполнением рассматриваются также S-образные, изогнутые и другие формы.
Предпочтительно, если, по меньшей мере, один, предпочтительно все каналы охлаждения, по меньшей мере, одной области охлаждения в осевом поперечном сечении имеют треугольную форму, и/или соответственно два соседних канала охлаждения вместе в осевом поперечном сечении образуют форму параллелограмма, в частности, ромба, и/или каналы охлаждения снабжены, по меньшей мере, одним обращенным к внутренней стороне канала охлаждения ребром охлаждения. Благодаря такой треугольной форме обеспечивается возможность простого и одновременно стабильного исполнения. То же самое относится к ромбовидной форме двух каналов охлаждения, которая, в частности, получается в результате соответствующего составления вместе двух треугольных каналов охлаждения. Благодаря тому, что предусмотрены ребра охлаждения во внутренней стороне канала охлаждения, охлаждению может способствовать воздушный поток через соответствующий канал охлаждения.
Согласно другому варианту осуществления предлагается, чтобы кольцо статора было сегментировано, в частности, состояло из двух, трех, четырех или более практически симметричных сегментов круга.
Например, кольцо статора может состоять из трех сегментов по 120°. Такие сегменты принципиально проще в изготовлении и/или при транспортировке. В частности, у колец статора с диаметром в пределах 10 м путем сегментирования может быть значительно упрощена возможность манипулирования.
По одному из вариантов осуществления предлагается, чтобы кольцо статора, по меньшей мере, в области каналов охлаждения было изготовлено из алюминия и/или алюминиевого сплава и/или отлито из какого-либо материала. Алюминий обладает высокой теплопроводностью и поэтому предпочтительно предусматривается в области каналов охлаждения и, таким образом, в областях охлаждения. Кроме того, алюминий вообще обладает коррозионной стойкостью и может, таким образом, предусматриваться также для контакта с влажным наружным воздухом или тому подобным. Сплав может применяться для воздействия на свойства материала, в частности, в отношении теплопроводности, коррозионной стойкости и стабильности.
Кольцо статора, или одна из его областей предпочтительно отливается из какого-либо материала.
Благодаря этому специфические конфигурации каналов и другие формы должны создаваться легко и с возможностью воспроизведения. По меньшей мере, в области каналов охлаждения и/или всех или некоторых опорных колец может быть предусмотрено литье соответствующего участка. Также может использоваться сегментирование, при этом, например, отливаются отдельные сегменты, такие как сегменты по 90° или 120°.
Другой вариант осуществления предлагает, чтобы были предусмотрены каналы пассивного охлаждения соответственно с одним обращенным в осевом направлении впускным отверстием и одним, по меньшей мере, частично обращенным в радиальном направлении выпускным отверстием. Такие каналы пассивного охлаждения могут, таким образом, в осевом направлении, например, обдуваться ветром, при этом ветер дует во впускные отверстия и, будучи повернутым, по меньшей мере, частично в радиальном направлении наружу, снова выходит из каналов пассивного охлаждения. Благодаря обращенным в радиальном направлении наружу выпускным отверстиям можно достичь эффекта подсасывания.
Благодаря тому, что каналы пассивного охлаждения имеют впускное и выпускное отверстие, и поэтому выполнены в виде частично замкнутых каналов, может быть достигнуто повышение стабилизации кольца статора. В принципе, выпускные отверстия могут быть также обращены в осевом направлении.
Предпочтительно выпускное отверстие предусмотрено, таким образом, в качестве всасывающего отверстия. Предпочтительно возможно также поддержание или усиление этого эффекта, при этом кольцо статора в осевом направлении в области выпускного отверстия имеет изогнутую поверхность. Благодаря выпуклому изгибу может возникнуть эффект всасывания, аналогичный крылу самолета, который, таким образом, мог бы воздействовать на выпускное отверстие и увеличивать воздушный поток через канал пассивного охлаждения.
В соответствии с изобретением предлагается также кольцевой генератор ветровой энергетической установки по п.17. Соответственно этому кольцевой генератор включает в себя кольцо статора для размещения обмоток статора и вращающуюся часть, установленную с возможностью вращения относительно статора.
Кроме того, предусмотрена соединенная с кольцом статора крышка статора, которая создает камеру нагнетания с повышенным или пониженным давлением, служащую для обеспечения воздушного потока через и/или по статору и/или вращающейся части для охлаждения кольцевого генератора, при этом в крышке статора имеется, по меньшей мере, одно укомплектованное воздуходувкой отверстие воздуходувки, а воздуходувка установлена с возможностью перемещения посредством движущего механизма, или закреплена с помощью быстрозажимного устройства, чтобы временно открывать отверстие воздуходувки для целей технического обслуживания и/или для прохода человека. Крышка статора прикреплена, таким образом, к кольцу статора, и с помощью, по меньшей мере, одной воздуходувки в крышке статора рядом с системой вращающейся части и статора создается повышенное давление, которое выходит в виде потока охлаждающего воздуха или, соответственно, потоков охлаждающего воздуха через отверстия в системе статора и вращающейся части, например, через воздушный зазор.
Чтобы теперь обойтись без лишнего отверстия в крышке статора и одновременно создать доступ к системе ротора и статора, по меньшей мере, одна воздуходувка устанавливается с возможностью перемещения посредством движущего механизма. Эта воздуходувка может, таким образом, откидываться, отклоняться, отодвигаться, отворачиваться или перемещаться иным образом, так что соответствующее отверстие воздуходувки в крышке статора освобождается и благодаря этому становится свободным для целей технического обслуживания и/или для прохода человека. Соответствующая воздуходувка и возможные другие воздуходувки для таких целей технического обслуживания, конечно, выключаются.
Предпочтительно движущий механизм выполнен в виде поворотного механизма. Воздуходувка может, таким образом, простым образом отклоняться от своего отверстия воздуходувки и должна только быть соответственно зафиксирована в открытом и закрытом положении.
Согласно одному из вариантов осуществления кольцевой генератор отличается тем, что крышка статора включает в себя первый участок крепления, служащий для крепления к основанию машины, и несколько, расположенных в форме звезды проходящих от него в наружном направлении ко второму участку крепления, служащему для крепления к кольцу статора, опорных участков, в частности, кронштейнов, так что кольцо статора может опираться на основание машины через опорные участки.
В радиальном направлении первый участок крепления является, таким образом, участком, расположенным внутри, а второй участок крепления наружным участком. Опорные участки, в частности кронштейны, проходят в форме звезды от внутреннего к наружному опорному участку и тем самым практически задают форму крышки статора. Между опорными участками или, соответственно, кронштейнами предусмотрены закрывающие участки, такие как соединительные области, чтобы закрывать крышку статора. В частности, в этих соединительных областях могут быть предусмотрены отверстия воздуходувок, укомплектованные воздуходувками. Хотя промежуточные области также обеспечивают стабилизацию, все же опорные участки или, соответственно, кронштейны преимущественно осуществляют удержание кольца статора. Таким образом, крышка статора может одновременно выполнять две функции, а именно, служить опорой для кольца статора и одновременно разграничивать камеру нагнетания с повышенным или пониженным давлением, служащую для обеспечения воздушного потока.
Благодаря промежуточным областям может быть, в частности, достигнута повышенная торсионная жесткость.
Предпочтительно крышка статора отливается одной деталью, предпочтительно из металла, в частности чугуна, предпочтительно из чугуна с шаровидным графитом, который также известен как сферочугун или, соответственно, как сокращение GJS или ранее GGG (ЧШГ), что означает чугун с шаровидным графитом. Благодаря этому может быть получено множество форм и обеспечено многократное изготовление при повторном использовании соответствующей формы. Предпочтительный материал обладает хорошими механическими свойствами, может производиться с оптимальными затратами и хорошо поддается обработке.
Кольцевой генератор может, в сущности, обладать каждым из описанных признаков, и любые комбинации признаков являются принципиально возможными. В частности, кольцевой генератор с крышкой статора с подвижно установленной воздуходувкой может быть скомбинирован с признаками кольцевого генератора, который включает в себя кольцо статора с каналами охлаждения для охлаждения статора с помощью, по меньшей мере, одного воздушного потока.
Также возможен обратный случай, чтобы кольцевой генератор с кольцом статора с каналами охлаждения мог быть скомбинирован с признаками кольцевого генератора с крышкой статора с подвижно установленной воздуходувкой. Возможность комбинирования касается также других описанных признаков в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления.
Предпочтительно кольцевой генератор имеет номинальную мощность, равную не менее 30 кВт, предпочтительно не менее 300 кВт, и еще более предпочтительно не менее 1 МВт. Таким образом, кольцевой генератор по своей номинальной мощности подходит для того, чтобы применяться для современных ветровых энергетических установок.
В соответствии с изобретением предлагается способ управления ветровой энергетической установкой по п.25. Такая ветровая энергетическая установка, управление которой должно осуществляться, снабжена кольцевым генератором, включающим в себя вращающуюся часть и статор. Сначала определяют вырабатываемую кольцевым генератором электрическую мощность.
Это определение может осуществляться путем непосредственного измерения мощности, например, на обмотках статора, или может выполняться косвенное измерение через характерные измеряемые величины, например, измерение частоты вращения и/или углов установки лопаток ротора и/или внутренних расчетных величин, которые уже имеются в распоряжении в управляющем компьютере. На основании измерения температуры также можно сделать заключение о вырабатываемой электрической мощности.
Затем включают, по меньшей мере, одну встроенную в крышку статора воздуходувку, чтобы создавать воздушный поток через и/или по статору, и/или вращающейся части для охлаждения кольцевого генератора, если определенная электрическая мощность достигает заданного значения и/или превышает его. Поэтому активное охлаждение, для которого необходима дополнительная энергия, применяют только тогда, когда при создаваемой электрической мощности следует ожидать соответствующих потерь мощности и вместе с тем соответствующих термических нагрузок.
Следует принять во внимание, что в остальном управление ветровой энергетической установкой осуществляют известным специалисту образом.
Предпочтительно в качестве заданного значения устанавливают значение, равное или превышающее 30%, предпочтительно 50% и более предпочтительно 80% номинальной мощности ветровой энергетической установки. В частности, саму номинальную мощность выбирают в качестве заданного значения. Соответственно этому активное охлаждение включают только при полной нагрузке или незадолго до нее, а при частичной нагрузке соответственно не рассматривают как активное.
Предпочтительно предлагаемый изобретением способ управления применяют для одного из предлагаемых изобретением кольцевых генераторов и/или для кольцевого генератора, по меньшей мере, по одному из описанных вариантов осуществления.
В соответствии с изобретением, кроме того, предлагается ветровая энергетическая установка, снабженная гондолой и одним из предлагаемых изобретением кольцевых генераторов, в частности, по одному из описанных вариантов осуществления.
Предпочтительно ветровая энергетическая установка отличается тем, что кольцевой генератор до наружного участка кольца статора расположен внутри гондолы, а наружный участок кольца статора расположен вне гондолы, чтобы обдуваться ветром. Гондола включает в себя также облицовку ступицы, которая при работе ветровой энергетической установки вращается вместе с ротором. Облицовка ступицы также называется кожухом. Таким образом, кольцевой генератор находится преимущественно в гондоле и поэтому защищен от воздействий погодных условий. Охлаждение кольцевого генератора может быть обеспечено пассивно или активно уже внутри гондолы, например, с помощью каналов охлаждения и/или путем применения соответствующей крышки статора. Дополнительно предлагается, чтобы наружный участок кольца статора, в частности, с областью пассивного охлаждения был расположен вне гондолы. В частности, получается несколько выступающий над облицовкой гондолы участок кольца, который для охлаждения может обдуваться ветром.
Особенность при этом заключается в том, что обдувание гондолы ветром может применяться непосредственно для охлаждения генератора. При этом эффект охлаждения зависит, по меньшей мере, частично от преобладающей скорости ветра. Сильное охлаждение обеспечивается, таким образом, при сильном ветре, в то время как в диапазоне частичной нагрузки, следовательно, при слабом ветре, обеспечивается меньшее охлаждение, и тем самым охлаждение автоматически, по меньшей мере, частично адаптировано к потребностям.
Наружный участок кольца статора предпочтительно включает в себя средство охлаждения, в частности, каналы охлаждения, предназначенные для пассивного охлаждения, причем это средство охлаждения непосредственно подвергается воздействию ветра. Кольцевой генератор может, таким образом, на этом наружном участке непосредственно отдавать тепло ветру, которым он обдувается. Ссылаясь на то, что такая ситуация в принципе касается находящейся в эксплуатации ветровой энергетической установки, которая обращена к ветру.
Предпочтительно форма гондолы в аэродинамическом отношении выполнена так, чтобы преимущественно ламинарно обдуваться ветром, поскольку она обращена к ветру, чтобы ветер находился также в области наружного участка кольца статора. Такое аэродинамическое исполнение может быть получено, например, с помощью характерной формы капли, формы яйца и/или овальной на виде сбоку формы, и/или с помощью характерной вращательно-симметричной относительно оси ротора формы.
Предпочтительно предусмотреть вне гондолы аэродинамические средства, которые поддерживают ветровой поток в области наружного участка кольца статора. Например, может быть предусмотрен направляющий щиток для направления ветра или разработка подобного ветровому каналу аэродинамического средства.
Ниже изобретение поясняется подробнее с помощью примеров осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи. Встречающиеся в тесте данные направлений указаны относительно направления ветра при эксплуатации согласно определению.
Так, «спереди» означает со стороны притока ветра, и т.д.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает кольцо статора ветровой энергетической установки на виде спереди.
Фиг.2 изображает кольцо статора, изображенное на фиг.1, на виде сзади.
Фиг.3 изображает кольцо статора, изображенное на фиг.1, на виде справа в частичном разрезе.
Фиг.4 изображает фрагмент X фиг.2.
Фиг.5 изображает фрагмент Y фиг.4.
Фиг.6 изображает фрагмент, соответствующий U на фиг.4.
Фиг.7 изображает сечение кольца статора по линии сечения AA, указанной на фиг.4.
Фиг.8 изображает фрагмент, изображенный на фиг.4, в перспективе.
Фиг.9 изображает фрагмент, соответствующий Z на фиг.1.
Фиг.10 изображает сечение двух каналов охлаждения с видом сечения по линии сечения BB, указанной на фиг.
9.
Фиг.11 изображает фрагмент, изображенный на фиг.9, в перспективе.
Фиг.12 изображает фрагмент вида сверху кольца статора, изображенного на фиг.1, как обозначено на фиг.1 линией CC.
Фиг.13 изображает общий вид крышки статора, касающейся камеры нагнетания, снаружи.
Фиг.14 изображает другом общий вид крышки статора, изображенной на фиг.13.
Фиг.15 изображает крышку статора, изображенную на фиг.13 и 14, на виде сбоку в сечении.
Фиг.16 изображает прикрепленную к кольцу статора крышку статора с вставленными в него воздуходувками.
Фиг.17 изображает прикрепленную к кольцу статора крышку статора с 4 воздуходувками, одна из которых частично откинута из своего отверстия.
Фиг.18 схематично изображает на фрагменте расположенный в гондоле и кожухе кольцевой генератор на виде сбоку в сечении.
Фиг.19-22 изображают гондолу ветровой энергетической установки в соответствии с одним из вариантов осуществления в различных перспективах соответственно в схематичном изображении.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Следует принять во внимание, что одинаковые номера позиций могут также в некоторых случаях обозначать аналогичные, не идентичные элементы различных вариантов осуществления.
Кольцо 2 статора, показанное на фиг.1, имеет кольцевую форму и образует часть кольцевого генератора с внутренней вращающейся частью. Кольцо 2 статора включает в себя внутреннее опорное кольцо 4, среднее опорное кольцо 6 и наружное опорное кольцо 8. Между внутренним и наружным опорным кольцом 4, 6 предусмотрен участок 10 активного охлаждения, а между средним и наружным кольцом 6, 8 имеется участок 12 пассивного охлаждения. Кольцо 2 статора, как изображено, включая внутреннее, среднее и наружное опорное кольцо 4, 6, 8 и участок 10, 12 активного и пассивного охлаждения отлито одной деталью, при этом в качестве материала применяется алюминий.
Внутреннее, среднее и наружное опорное кольцо 4, 6, 8 благодаря их характерному массивному исполнению обеспечивают стабильность и жесткость.
Для направления магнитного поля внутри на внутреннем опорном кольце 4 следует установить соответствующий пакет сердечника, несущий на себе обмотки статора и обладающий хорошей магнитной проводимостью. Благодаря его креплению к внутреннему опорному кольцу 4 возможно устойчивое опирание пакета сердечника. Внутри этого пакета сердечника затем следует установить внутреннюю вращающуюся часть с возможностью вращения относительно статора. Тепло пакета сердечника может непосредственно отдаваться окружающему воздуху, но преимущественно тепло отдается через опорное кольцо 4 участку 10 активного охлаждения и участку 12 пассивного охлаждения. Участок активного охлаждения для отдачи тепла снабжен также множеством каналов 14 активного охлаждения, которые выполнены в участке 10 активного охлаждения между внутренним и средним опорным кольцом 4, 6 в характерной треугольной форме. Другое тепло может отдаваться, например, через квадратные или трапецеидальные в поперечном сечении каналы 16 пассивного охлаждения.
Кольцо 2 статора имеет наружный диаметр, равный 5 м. Осевая длина составляет примерно 90 см.
Каналы 16 пассивного охлаждения соответственно снабжены направленным в радиальном направлении наружу выпускным отверстием, так что на виде сзади, показанном на фиг.2, видны только каналы 14 активного охлаждения.
На виде сбоку, показанном на фиг.3 в соответствии с изображенным не рассеченным участком, который изображен на фиг.4 внизу, видны направленные в радиальном направлении наружу выпускные отверстия 18. Рассеченная область, наряду со скошенным краем 20 внутреннего опорного кольца 4, позволяет видеть форму каналов 14, 16 активного и пассивного охлаждения в осевом сечении. При этом каналы активного охлаждения проходят практически в осевом направлении от области 22 впуска до области 24 выпуска. Канал 14 пассивного охлаждения проходит от впускного отверстия 17 к выпускному отверстию 18. Канал 16 пассивного охлаждения также проходит практически в осевом направлении, при этом выпускное отверстие направлено в радиальном направлении наружу.
К тому же область 22 впуска канала 14 активного охлаждения находится на стороне кольца 2 статора, противоположной впускному отверстию 17 канала 16 пассивного охлаждения. Соответственно также кольцо 2 статора предусмотрено для того, чтобы активный воздушный поток через каналы 14 активного охлаждения был направлен противоположно пассивному воздушному потоку через каналы 16 пассивного охлаждения.
Тем не менее, эти направления потоков не являются обязательными и, по меньшей мере, через каналы активного охлаждения может с помощью соответствующих устройств также направляться воздушный поток в другом, отличающемся от описанного выше, направления.
На увеличенном фрагменте, показанном на фиг.4, в частности, видно поперечное сечение каналов 14 активного охлаждения или, соответственно, их область 22 впуска. Каналы 14 активного охлаждения при этом выполнены в характерной треугольной форме, причем они попеременно расположены с различной ориентацией, так что два соседних канала 14 активного охлаждения вместе в поперечном сечении принимают приблизительно форму параллелограмма.
Соответственно в каждом случае между двумя каналами активного охлаждения расположена ограничительная стенка, причем всегда две ограничительные стенки 26 одного канала 14 активного охлаждения наклонены друг к другу.
Ограничительные стенки 26 отделяют, таким образом, каналы 14 активного охлаждения друг от друга и одновременно служат ребрами охлаждения. Кроме того, благодаря взаимно наклонному расположению, они способствуют стабильному расположению, в частности, стабильному соединению внутреннего опорного кольца 4 со средним опорным кольцом 6.
В каналах 14 активного охлаждения предусмотрены, к тому же, дополнительные, выполненные в виде перегородок средства охлаждения или, соответственно, ребра 28 охлаждения, которые на фиг.5 или, соответственно, фиг.6 изображены в увеличенном размере.
Ребра 28 охлаждения увеличивают, таким образом, поверхность охлаждения в канале 14 активного охлаждения, не препятствуя в значительной степени воздушному потоку.
В целях крепления на внутреннем опорном кольце 4 предусмотрены отверстия 34 внутреннего опорного кольца. Соответственно в области среднего опорного кольца 6 предусмотрены отверстия 36 среднего опорного кольца, а в области участка 12 пассивного охлаждения рядом с наружным опорным кольцом 8 кольцо 2 статора снабжено отверстиями 38 наружного опорного кольца. По меньшей мере, некоторые из отверстий 34, 36 и 38 снабжены резьбой и могут использоваться для целей крепления. Для крепления кольца 2 статора к крышке статора служат отверстия 38 наружного опорного кольца.
Отверстия 36 среднего опорного кольца предусмотрены в нескольких местах кольца статора во вспомогательных поверхностях 35, а именно, соответственно три отверстия в четырех местах. Они служат для крепления кабелей.
На фиг.7 на поперечном сечении показано, как канал 16 пассивного охлаждения расположен между наружным опорным кольцом 8 и средним опорным кольцом 6. При этом канал 16 пассивного охлаждения проходит от впускного отверстия 17 к выпускному отверстию 18.
Воздушный поток может, таким образом, практически в осевом направлении втекать через впускное отверстие 17 и в конце вытекать через обращенное в радиальном направлении наружу выпускное отверстие 18. При этом обращенная к каналу 16 пассивного охлаждения сторона наружного опорного кольца 8 является наружной стороной 30 кольца 2 статора. По определению воздух, таким образом, проходит по обеим сторонам наружного опорного кольца 8, а именно, внутри через канал 16 пассивного охлаждения и снаружи по наружной стороне 30.
Между средним опорным кольцом 6 и внутренним опорным кольцом 4 выполнен канал 14 активного охлаждения. Он проходит от области 22 впуска к области 24 выпуска. Среднее опорное кольцо 6 снабжено, к тому же, глухими отверстиями 37, которые служат для крепления водосточного желоба.
Общий вид на фиг.8 поясняет наружные области 31 или, соответственно, 32 крепления с подветренной и наветренной стороны, которые изображены только частично и поясняются более подробно со ссылкой на фиг.
12.
Кроме того, на фиг.8 видно, как каналы 16 пассивного охлаждения открываются через свои выпускные отверстия 18 в направлении наружной стороны 30. Благодаря тому, что выпускные отверстия 18 направлены в радиальном направлении наружу, если смотреть по направлению ветра, позади каналов 16 пассивного охлаждения имеется торцевой участок 40, в котором расположены отверстия 38 наружного опорного кольца.
На фиг.9 показан вид непосредственно впускных отверстий 17 каналов 16 пассивного охлаждения. Видно, как и на фиг.7, что каналы 16 пассивного охлаждения от впускного отверстия 17 слегка сужаются. Это может способствовать втеканию ветра во впускные отверстия 17. В зоне наружных областей 31 или, соответственно, 32 крепления каналы пассивного охлаждения могут быть выполнены в виде меньших каналов 16′ пассивного охлаждения с соответственно уменьшенными впускными отверстиями 17′, чтобы получить более массивные промежуточные стенки 19′ для вывода отверстий, в частности, с резьбой.
Промежуточные стенки 19, в которых нет отверстий, могут быть выполнены уже, чтобы тем самым получить больше места для увеличенного канала 16 пассивного охлаждения.
На изображении сечения, показанном на фиг.10, представлен вид разрезе каналов 16 пассивного охлаждения. При этом также еще раз наглядно поясняется сужение каналов пассивного охлаждения от впускного отверстия 17 к выпускным отверстиям 18. Соответственно толщина промежуточных стенок 18 в том же направлении увеличивается.
На общем виде фрагмента, показанного на фиг.11, на переднем плане представлена область 24 выпуска каналов 14 активного охлаждения и, кроме того, впускные отверстия 17 и 17′ каналов 16 или, соответственно, 16′ пассивного охлаждения. Подветренная и наветренная наружная область 31 или, соответственно, 32 крепления на наружном опорном кольце 38 расположена в области более узко выполненных каналов 16′ пассивного охлаждения. Соответственно предусмотрены меньшего размера выпускные отверстия 18′.
Наружные области 31 или, соответственно, 32 крепления предусмотрены соответственно в двух расположенных друг напротив друга, то есть со смещением на 180°, местах на кольце 2 статора, как это видно на фиг.1 по 2Ч3 несколько уменьшенным впускным отверстиям 17′, в положении «12 часов» и «6 часов». Вид сверху одного места показан на фиг.12, в соответствии с чем в подветренной наружной области 31 крепления имеется восемь подветренных отверстий 41, в то время как в наветренной наружной области 32 крепления имеется восемь наветренных отверстий 42.
Крышка 100 статора, изображенная на фиг.13-15, включает в себя крепление 102 для основания машины, крепление 104 для кольца статора и крепление 106 к цапфе оси. Крепление 102 для основания машины, крепление 104 для кольца статора и крепление 106 к цапфе оси соответственно выполнены в форме окружности крепежного фланца с соответственно одним или двумя периферическими венцами отверстий.
От крепления 102 для основания машины проходят шесть опорных участков 108 в форме звезды к креплению 104 для кольца статора.
Опорные участки 108 выполнены в виде кронштейнов 108, чтобы воспринимать вес статора, прикрепленного к креплению 104 для кольца статора, и через крепление 102 для основания машины передавать его основанию машины.
Области между опорными участками 108 соответственно заданы подобными щиткам участками, при этом в них соответственно предусмотрены отверстия 110 воздуходувок. В некоторых опорных участках 108 выполнены, кроме того, вспомогательные отверстия 112.
Кроме того, в области крепления 106 к цапфе оси имеется отверстие, которое, впрочем, закрывается соответствующим определению креплением к цапфе оси.
Путем закрытия отверстий 110 воздуходувок, в частности, воздуходувками, и вспомогательных отверстий 112 может, таким образом, закрываться вся крышка 100 статора. Путем прикрепления статора к креплению 104 для кольца статора и благодаря тому, что предусмотрена соответствующая вращающаяся часть, между этим статором и вращающейся частью, с одной стороны, и крышкой 100 статора, с другой стороны, может быть образована и находиться под давлением камера нагнетания.
Тогда воздух может выходить через отверстия в системе вращающейся части и статора, например, через воздушный зазор, и при этом в соответствующих открытых областях способствует образованию воздушного потока.
На фиг.16 показана крышка 100 статора с кольцом 2* статора, которое прикреплено к креплению 104 для кольца статора на крышке 100 статора. Кроме того, в каждом отверстии 110 воздуходувки расположена воздуходувка 114, которая вместе с кожухом 116 воздуходувки открывает и закрывает отверстие 110 воздуходувки.
При подготовке к эксплуатации одной или нескольких воздуходувок 114 воздух вдувается в заключенное внутри крышки 100 статора или, соответственно, закрытое ей пространство. Воздух может выходить через отверстия в генераторе, часть которого образует кольцо 2* статора, и обеспечивать охлаждение. Для этого вспомогательные отверстия 112 также закрыты кожухом, что на фиг.16, однако, это подробно не изображено. Конечно, воздуходувки 114 могли бы также работать так, чтобы они высасывали воздух из закрытой крышки 100 статора пространства, как показано на фиг. 16, то есть практически вправо из плоскости чертежа. Тем не менее, в предпочтительном случае в закрытое пространство вдувается воздух, который при соответствующем определению расположении крышки 100 статора поступает из соответствующей гондолы, и у которого по сравнению с наружным воздухом, находящимся снаружи гондолы, можно ожидать большей чистоты и сухости.
На фиг.17 наглядно поясняется, как в соответствии с изобретением отверстия 110 воздуходувок могут использоваться для целей технического обслуживания или других целей. Например, у отверстия 110 воздуходувки, воздуходувка 114 откидывается посредством шарнира, и отверстие 110 воздуходувки соответственно открывается при откидывании. Благодаря этому, открытому таким образом отверстию 110 воздуходувки, человек может попасть через крышку 100 статора, а именно, через отверстие 110 воздуходувки, к расположенному позади него кольцевому генератору. Также для воздуходувки 14 вместо шарнира для откидывания может быть предусмотрен другой движущий механизм. Также быстрозажимное соединение может простым образом применяться для открытия отверстия 110 воздуходувки. Для этого надо отсоединить такое быстрозажимное соединение несколькими приемами и вынуть соответствующую воздуходувку 114. Если отверстие воздуходувки открывается только частично, или если отверстие заперто также другими устройствами, как, например, показано для отверстия 110*, так, что человек не может пройти через него, то все еще возможно частичное техническое обслуживание устройств, расположенных непосредственно позади этого отверстия. То же самое относится к вспомогательным отверстиям 112 меньшего размера.
На фиг.18 схематично поясняется предлагаемая изобретением общая концепция на одном из вариантов осуществления, приведенном в качестве примера. На фиг.18 на боковом виде в сечении фрагментарно показана гондола 250 с ротором 252, снабженным лопатками 254 ротора, кольцевым генератором 200, снабженным вращающейся частью 201 и статором 203 с кольцом 202 статора и пакетом 205 сердечника с обмотками 207 статора, которые обозначены только схематично. Между статором 203 и вращающейся частью 201 расположен воздушный зазор 209. Кольцо 202 статора включает в себя внутреннее опорное кольцо 204, среднее опорное кольцо 206 и наружное опорное кольцо 208. Между внутренним и наружным опорным кольцом 206, 208 предусмотрены каналы 216 пассивного охлаждения, которые образуют участок 212 пассивного охлаждения. Каналы 214 активного охлаждения расположены между внутренним опорным кольцом 204 и средним опорным кольцом 206 и образуют участок 210 активного охлаждения.
В области среднего опорного кольца 206 закреплена крышка 260 статора, а после обладающего магнитным свойством участка вращающейся части 201 предусмотрен разделительный участок 262. В крышке 260 статора расположены воздуходувки 264, которые создают повышенное давление в камере 266 нагнетания, которая расположена практически между крышкой 260 статора и разделительным участком 262. Благодаря создаваемому таким образом давлению в камере 266 нагнетания, воздух проходит через воздушный зазор 209 и каналы 214 активного охлаждения. Генератор, в частности статор, охлаждается, таким образом, воздушным потоком 270 через воздушный зазор 209 и каналы 214 активного охлаждения.
Участки облицовки 251 гондолы, включая участки облицовки 251* ступицы, проходят на высоте среднего опорного кольца 206. Относительно гондолы 250 кольцевой генератор 200, таким образом, расположен внутри гондолы 250 до участка 210 активного охлаждения включительно. Только участок 212 пассивного охлаждения и вместе с тем каналы 216 пассивного охлаждения расположены вне гондолы 250. Ротор 252 и лопатка ротора 254, то есть, как показано на фиг.18, изображенная слева часть гондолы 250, а именно, ступица с облицовкой 251* ступицы или, соответственно, кожухом, по определению обращена к ветру. Ветер, который обдувает гондолу 250, проходит, таким образом, сначала по облицовке 251* ступицы в области ротора 252.
Облицовка 251* гондолы в одной области опущена, и поэтому находится на одинаковой высоте со средним опорным кольцом 206. В области крепления лопатки ротора облицовка ступицы может находиться на высоте наружного опорного кольца 208, как показано на фиг.18 номером позиции 251**. Таким образом, на фиг.18 показан моментальный снимок. Следует упомянуть, что на кольце 202 статора в области среднего опорного кольца 206 со стороны облицовки 251* ступицы может быть смонтирован водосточный желоб, чтобы предотвратить попадание дождевой воды в эту область и таким образом защитить расположенные внутри гондолы элементы кольцевого генератора 200 от дождевой воды.
Затем ветер попадает из области глубоко втянутой облицовки 251* ступицы в область впускных отверстий 217 и к участку 212 пассивного охлаждения, являющемуся, вместе с тем, наружным участком, и может там, через впускные отверстия 217, входить в каналы 216 пассивного охлаждения и охлаждать кольцо 202 статора в этой области.
Следует принять во внимание, что воздуходувка 264 обеспечивает поток 270 активного охлаждения, который проходит через воздушный зазор 209 и каналы 214 активного охлаждения. Ветер обеспечивает поток 272 пассивного охлаждения, который проходит через каналы 216 пассивного охлаждения. Следует принять во внимание, что поток 270 активного охлаждения противоположен направлению потока 272 пассивного охлаждения. В сущности, именно воздуходувка или, соответственно, воздуходувки 264 вытесняют воздух из внутреннего пространства 253 гондолы через крышку 260 статора в камеру 266 нагнетания, и оттуда через воздушный зазор 209 и каналы 214 активного охлаждения наружу в направлении ступицы 256 ротора, и при этом против ветра.
На изображениях, показанных на фиг.19-22, схематично представлена гондола 250. В частности, колонна, лопатки ротора и возможные элементы оборудования гондолы, такие как анемометры или тому подобные, не изображены или изображены только частично. На общем виде сбоку спереди гондолы 250, показанном на фиг.19, представлена преимущественно облицовка 251 гондолы и облицовка 251* или, соответственно, 251** ступицы. В частности, видна часть венца выпускных отверстий 218 и впускных отверстий 217 участка 212 пассивного охлаждения. В соответствии с фиг.19, ветер поступает, таким образом, по определению, в плоскость чертежа примерно справа, проходит по облицовке 251 ступицы во впускные отверстия 217 через каналы пассивного охлаждения в участке 212 пассивного охлаждения и снова выходит из участка 212 пассивного охлаждения в области выпускных отверстий 218. При этом ветер входит, по определению, во впускные отверстия 217 примерно в осевом направлении, в то время как он выходит из выпускного отверстия 218, по меньшей мере, частично в радиальном направлении наружу.
На фиг.19 видны три крепления 274 лопатки ротора к кожуху 215* или, соответственно, 251** ступицы. Вблизи них, на фиг.19, в частности, у изображенного слева крепления 274 ротора, видна переходная кромка 276 между верхней областью кожуха 251** ступицы и нижней областью кожуха 251* ступицы. Верхняя область кожуха 251** ступицы лежит примерно на одной линии с наружным опорным кольцом 208 и скрывает, таким образом, впускные отверстия 217. Нижняя область кожуха 251* ступицы лежит примерно на одной линии со средним опорным кольцом 206, так что впускные отверстия 217 в соответствующей области являются видимыми, а также досягаемыми для ветра.
На виде спереди гондолы, показанном на фиг.20, видны преимущественно кожух 251* или, соответственно, 251** ступицы и впускные отверстия 217. Общий вид, показанный на фиг.20, соответствует, по определению, направлению втекания ветра. Что касается остального, в положении «12 часов» расположена наветренная область 232 наружного крепления. На другом общем виде, показанном на фиг.21, и на общем виде сбоку, показанном на фиг.22, отчетливо видно, что обращенные к гондоле участки 278 лопаток ротора могут перекрывать область участка 212 пассивного охлаждения, и при этом впускные отверстия 217 и выпускные отверстия 218.
Генератор переменного тока
Сейчас существует много различных типов индукционных генераторов. Но все они состоят из одних и тех же его основных частей. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-вторых, обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС (обычно это вращающаяся рамка).
Поскольку ЭДС, приводящие в последовательно соединенных витках, добавляются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока через каждый виток.
Принцип действия генератора переменного тока такой. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Обмотки, которые создают 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.
Магнитное поле создает неподвижный постоянный магнит. Разумеется, можно было бы поступить и наоборот: вращать магнит, а рамку оставить неподвижной.
В крупных промышленных генераторах вращается именно электромагнит, является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазы статора и остаются неподвижными. Дело в том, что подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю круг приходится с помощью скользящих контактов. Для этого ротор обеспечивают контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки.
Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и обеспечивают связь обмотки ротора с внешним кругом. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, что отдает генератор во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагнита.
В маломощных генераторах магнитное поле создает крутящий постоянный магнит. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны.
Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняют возникновением в них вихревого электрического поля, обусловленного изменением магнитного потока при вращении ротора.
Современный генератор электрического тока — это крупное сооружение из медных проводов, изоляционных материалов и стальных конструкций. Из-за размеров в несколько метров важнейшие детали генераторов производят с точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого соединения подвижных частей, которые могли бы порождать электрическую энергию столь же непрерывно и экономично.
Генератор переменного тока
Простейший генератор переменного тока представляет собой металлический сердечник, в пазы которого вложена обмотка. Концы обмотки соединены с кольцами. Сердечник с обмоткой вращается в магнитном поле недвижимого постоянного магнита или электромагнита. Вращающуюся часть генератора называют ротором, неподвижную — статором.
Скорость вращения ротора можно уменьшить, если использовать электромагнит, имеющий несколько пар магнитных полюсов. Частота v переменного тока связана с частотой вращения ротора генератора vmax соотношением: v = pvmax, где p — количество пар магнитных полюсов генератора.
категория: ФизикаИз состоит генератор переменного тока. Как работает генератор переменного тока
Содержание:
Когда люди присмотрелись к возможностям электричества, сразу начали придумывать, как бы серьезно поставить на службу эту интересную энергию. И появилась целая гамма приборов, устройств, установок, способных создавать на двух металлических концах электрическое напряжение. К концам сразу же прикрутили два болтика и начали подвешивать к ним все, что вызывало теперь массу интересных эффектов. Устройства эти в целом назвали источниками электроэнергии, или генераторами. А то, что к ним подключалось — электрической цепью. А по мере роста цепей и занятия ими все более значимого и постоянного места в человеческой жизни, их стали называть уже электрическими сетями.
Именно генераторы создали всю нашу электроиндустрию. Чем принцип работы генератора переменного тока отличается от принципов работы первых источников? Некой надежностью и постоянством, происходящими от надежности и всеобщей доступности той энергии, из которой они вырабатывают электричество. Это механическое движение. А у нас мир весь полон движения. И вполне естественно было заставить роторы крутиться, а движение для этого брать из чего-то еще. Из тепла. Сгорает топливо, ротор крутится — генератор тока работает.
Первоначальный источник же был продуктом первых экспериментов. Химия (аккумуляторы), электризация (электрофорные машины) — все это как-то слабо. Потому что непропорционально дорого, сравнительно с количеством энергии, которое потребовали сети. Сначала осветительные, а потом почти сразу трамвайные. Вот трамвай и толкнул генераторы тока вперед в развитии.
Трамвайная линия — это то, где электроэнергия сама производит движение. Плюсом такого подхода оказалась очень удобная подача такого «топлива» на большие довольно расстояния. И очень органично вписалась в затраты по изготовлению самой трамвайной линии. Когда кладут железные пути, что уж там не проложить вдоль них еще и проволоку, подводящую ток к трамваям, которые могут теперь находиться на линии в любом месте и с одинаковой легкостью получать эту энергию.
Преобразование оказалось симметричным: устройство генератора переменного тока практически такое же, как и у двигателя. Только у генератора назначение — вырабатывать электричество, вращая ротор, а у другого электроэнергия крутит почти такой же ротор, а уже он — колеса трамвая.
О такой передаче энергии механики прошлых веков только мечтали. Ведь когда-то с помощью водяного колеса вращали валы обрабатывающих станков в целых цехах. А энергию механическую передавали тоже механически: с помощью валов, шкивов, ремней, шестеренок… Тут же всего-то — два проводочка. А в случае с трамваями вообще один. Второй — сами рельсы.
Ток переменный и ток постоянный
Сначала открыли электрический ток, когда увидели, что он, себя проявляя, действует. Потом только обнаружили, что ток бывает постоянный, но может быть и переменным.
Собственно говоря, генерация тока всегда и происходит от изменения магнитного поля, проходящего через обмотку. И напряжение, которое при этом возникает, просто обязано быть переменным. Потому что технически просто немыслимо заставить магнитное поле изменяться строго равномерно. Источники тока, полученные другим путем, основывались на стационарных процессах (или квазистационарных — учитывая разряд аккумуляторов), поэтому они и давали исключительно постоянный ток. Когда изобрели телеграф — наверное, первое электрическое изобретение, толкнувшее к созданию масштабных электрических линий, — этот самый ток в них был постоянным, хотя и прерывистым. Постоянный ток не очень высокого напряжения дает в передаче на дальние расстояния огромные потери от сопротивления в проводниках. С этим столкнулся уже Самюэль Морзе, когда протягивал свою первую телеграфную линию в 1844 году от Балтимора до Вашингтона. Они с другом сумели с этим справиться, используя «активное усиление» сигнала с помощью реле.
Трамвайные линии, как известно, поначалу унаследовали эту традицию — питаться постоянным электрическим током, хотя конструкция из магнитов и вращающихся в их поле проводников, будучи использована в качестве генератора, легче и проще производит именно переменный ток.
Назначение генератора — выработка напряжения, постоянного и переменного, отсюда его устройство и принцип работы.
А типы вырабатываемого напряжения и определили строение и принцип действия генераторов.
Поэтому и различаются генераторы типами — генератор постоянного тока и генератор переменного тока.
В генераторах постоянного тока этого постоянства достигают конструкционными ухищрениями: путем создания определенной конфигурации магнитного поля, путем увеличения количества якорных рамок в роторе, в которых наводится разность потенциалов и снятие его с них с помощью многоконтактного коллектора, путем организации особых режимов тока возбуждения на специальных обмотках возбуждения, установленных на магнитах статора, и т.д.
Но, оказалось, проще добиться того же эффекта другим путем: индукционный генератор переменного тока напряжение вырабатывает, а потом оно «выпрямляется» обычной схемой диодного выпрямителя. Что и делает, например, генератор автомобиля.
Принцип работы устройства
Генератор переменного тока — это механико-индукционная машина, создающая переменное электрическое напряжение на своих выходных контактах в ответ на вращение своей подвижной части посторонней силой.
Подвижная часть генератора (или альтернатора) называется ротором, неподвижная — статором.
Две части генератора производят следующее: одна из них создает магнитное поле, а вторая часть содержит проводники, расположенные так, что при изменении относительно них этого магнитного поля (назовем его генерирующим), на их противоположных концах возникает разность потенциалов. Она снимается и переправляется с этих проводников на выходные контакты.
Виды генераторов переменного тока
Отсюда возможны два варианта конструкций генератора переменного тока, в которых:
- генерирующее магнитное поле создается в статоре и неподвижно;
- генерирующее магнитное поле создается в роторе и вращается вместе с ним.
В любом случае напряжение, возникающее в результате генерации, нужно снимать не с той части генератора, где создается магнитное поле, а с противоположной.
Первоначально — начиная с опытов по вращению рамки из проводника в неподвижном магнитном поле — ротор и служил для наведения в его обмотках (или рамках) электрической индукции, порождавшей движение электронов к разным концам этих проводников, отчего и возникало напряжение.
Видимо, это связано с тем, что магниты выбирали побольше и потяжелее, дабы создавать сильное поле с большим градиентом, а рамочки с током были совсем легкие. Но теперь и ротор, и статор — это точно пригнанные друг к другу массивные части. Напряжение с вращающегося ротора (или якоря) необходимо снять с помощью специального механизма и отправить на неподвижные выходные контакты. Такой механизм называется коллектором (от лат. «сборщик»), в нем неподвижные подпружиненные щетки, «протянутые» от статора, плотно прижимаются к вращающимся вместе с ротором контактам.
Быть может, конструктивно это самая узкая часть электродвигателей и генераторов. Она требует специального исполнения, при вращении детали ее стираются, от плохих контактов — при стертых пластинах контактов, или промежутков между ними, или стертых щетках (которые изготовляются обычно из графита — а от него токопроводящая пыль) — начинается искрение при вращении, и это никому не нравится.
Поэтому самым удобным вариантом генераторов переменного тока является второй. Это когда магнитное поле вращается ротором, а напряжение возникает в неподвижном статоре. И его не надо снимать никаким замысловатым образом.
Однофазные и многофазные
Принцип работы
Магнитное поле можно гонять (изменять, вращать) над одной системой проводников (имеющих два полюса) или над несколькими.
Из рисунка понятно, как устроен простейший генератор переменного тока. Из чего состоит генератор? Основные части — ротор и статор. Мы видим, что ротор с установленным в нем магнитом N–S вращается. При этом полюса магнита, то N, то S, попеременно совсем близко от катушек с обмотками. Обмотки последовательно соединяются друг с другом и потом с выходными контактами. Направление и поток магнитного поля, проходящий через обмотки, при вращении изменяется. От чего и возникает переменное напряжение на выходных контактах с частотой f вращения ротора. Происходит генерирование напряжения, а при подключении к контактам нагрузки возникает переменный ток частоты f.
Схема эта — наипростейшая. Она только чуть сложнее, чем те рамочки, которые крутили когда-то в поле двух магнитов. Только теперь, наоборот, магнит, установленный на роторе, вращается, а неподвижные катушки дают напряжение.
Напряжение получается синусоидальным, достигает максимума и минимума, когда около катушек проходят полюса магнита — около них поток магнитного поля наиболее плотен, и поэтому происходит самое быстрое изменение поля. И на контактах в это время будет наведено максимальное по величине напряжение U, или — U . Когда же ротор повернется так, что магнит будет проходить горизонтальное положение, выходное напряжение будет пересекать нулевое значение.
Трехфазный генератор переменного тока
Однако мы видим, что в этой простой электрической машине еще очень много свободного места. Что ж, можно по периметру статора поставить не одну пару, а несколько пар катушек. Но придется тогда от каждой пары катушек отводить отдельные контакты для напряжений, чтобы напряжения разных пар не гасили друг друга. Получится как бы несколько генераторов в одном, каждый из них будет давать синусоидальное напряжение, но так как катушки повернуты относительно друг друга, и синусоиды будут сдвинуты ровно на такой угол, на какой сдвинуты пары катушек относительно нашей первоначальной.
Катушки распределены по периметру статора равномерно, то есть друг от друга отстоят на угол 120⁰. Точно такой сдвиг фаз получается и у напряжений. Напряжение U1 с нулевым сдвигом (это наша первая пара катушек), напряжение U2 — 120⁰ и напряжение U3 — 240⁰.
Такое напряжение называется трехфазным. Его возможно передавать с помощью единой системы проводов — три провода по одной на каждую фазу, а ноль всех трех объединяется в один. Это можно сделать двумя способами: соединив обмотки катушек по типу «треугольник» или «звезда».
Можно придумать и другие схемы генерации переменного напряжения, например, установив не три пары катушек, а только две. Тогда разница фаз между ними получится в 90⁰.
Применение нашла именно трехфазная система генерации.
При потреблении трехфазного напряжения часто выделяют отдельные фазы и раздают их разным потребителям. Когда потребителей много, то случайным образом «раздавать» фазы можно — в среднем обычно получается одинаковая нагрузка на все фазы. Но это должно отслеживаться. Потому что если потребление по разным фазам сильно отличается или оно очень неравномерно себя ведет во времени, наступает такое явление, как «перекос фаз». Напряжение по разным фазам начинает отличаться. А это ведет к очень многим плохим последствиям: перерасходу электроэнергии, выходу из строя трансформаторов, электроприборов, двигателей. На электростанции — к падению КПД генераторов (они начнут как бы «хромать») и даже выходу из строя генераторов электроэнергии. Чтобы минимизировать такого рода ущерб, нулевой провод обычно хорошо заземляют, но и следить должны энергетики за таким неприятным явлением.
Возбуждение генератора
Реальный генератор отличается от тут нарисованного еще и тем, что в качестве источника магнитного поля использовать постоянные магниты — занятие бесполезное. Магнитное поле в промышленной установке должно быть строго определенной и строго выдерживаемой напряженности. А как добиться строго одинаковой напряженности магнитов на разных фазах в трехфазном генераторе переменного тока? Иначе и напряжения на них будут разные, и будут фазы «вечно хромающими». Поэтому на роторе вместо магнитов используют электромагниты с сердечниками. К ним подводится постоянное напряжение, и они во время работы генератора возбуждают электромагнитное поле строго заданной интенсивности. Постоянное напряжение подается от независимого источника — это может быть аккумулятор или другой источник постоянного тока. Тут опять проблема: или взгромоздить на ротор еще и аккумулятор для питания катушек возбуждения, или снова заморачиваться с коллекторами для передачи напряжения возбуждения. Решение можно назвать соломоновым: сделать на одном роторе как бы сразу два генератора, только второй питает током обмотки возбуждения первого. А в статоре, соответственно, добавляются еще электромагниты для возбуждения магнитного поля в этом втором генераторе, ток от которого используется только в самом роторе, следовательно, снаружи никому и не нужен. И не надо городить никаких коллекторов для его съема. Такая конструкция стала называться «бесщеточный синхронный генератор переменного тока».
Синхронным он называется потому, что оба источника — и генератор тока возбуждения, и генератор-устройство, дающее конечный результат — напряжение на выходе, работают одновременно на одном и том же роторе.
С помощью тока возбуждения можно влиять на напряжение, которое дает генератор-устройство: при увеличении тока возбуждения соответственно усиливается и магнитное поле, возбуждаемое ротором, отчего главные обмотки генератора и будут вырабатывать переменное напряжение более высокой амплитуды.
Этим пользуются для регулировки напряжения, так как скорость вращения ротора менять нельзя, иначе изменится и частота, а она задана жестко техническими характеристиками всей нашей сети электроэнергии.
Наша энергосистема вырабатывает напряжение частотой строго 50 Гц, ее и производят генераторы электростанций — все они вращают свои роторы со скоростью, кратной 50 Гц. А конструкция ротора выводит напряжение, изменяющееся 50 раз в секунду.
Однако во многих случаях, где высокая точность частоты вырабатываемой энергии не критична, используют асинхронные генераторы. Они проще и дешевле синхронных, но дают напряжение с большим разбросом параметров. Это неважно там, где оно последующими схемами все равно будет преобразовано в постоянное.
Тот, кто незнаком с генераторами, объясняем, что это агрегат, в котором из одного вида энергии получается другая. А, точнее, из механической электрическая. При этом эти приборы могут генерировать как ток постоянный, так и ток переменный. До середины двадцатого века использовались в основном генераторы постоянного тока. Это были аппараты больших размеров, которые работали не очень хорошо. Появление на рынке диодов полупроводникового типа позволило изобрести трехфазный генератор переменного тока. Именно диоды позволяют выпрямить переменный ток.
Принцип работы
В основе работы трехфазного генератора лежит закон Фарадея – закон электромагнитной индукции, который гласит, что электродвижущая сила будет обязательно индуцироваться во вращающейся прямоугольной рамке, которая установлена между двумя магнитами. При этом делается оговорка, что магниты будут создавать вращающееся магнитное поле. Направление вращения и рамки, и магнитного поля обязательно совпадают. Но электродвижущая сила будет возникать и в том случае, если рамка останется неподвижной, а внутри нее вращать магнит.
Чтобы разобраться, как работает генератор, обратите внимание на рисунок ниже. Это простейшая схема его работы.
Здесь хорошо видны магниты с разными полюсами, рамка, вал и токосъемные кольца, с помощью которых производится отвод тока.
Конечно, это просто схема, хотя лабораторные генераторы так и создавались. На практике же обычные магниты заменяют электромагнитами. Последние – это медная обмотка или катушки индуктивности. Когда по ним проходит электрический ток, образуется необходимое магнитное поле. Такие генераторы установлены во всех автомобилях (это для примера), чтобы их запустить, под капотом устанавливается аккумулятор, то есть, источник постоянного тока. Некоторые модели генераторов запускаются по принципу самовозбуждения или при помощи маломощных генераторов.
Разновидности
В основе классификации заложен принцип действия, поэтому эти агрегаты переменного тока делятся на два класса:
- Асинхронные. Это самые надежные в работе, небольших размеров и веса, простых по конструкции генераторы. Они прекрасно справляются с перегрузками и коротким замыканием. Правда, необходимо учитывать, что данный вид сразу же выходит из строя, если на него будет действовать большая перегрузка. К примеру, пусковой ток электрооборудования. Поэтому стоит учитывать этот факт, для чего придется приобретать генератор мощностью большей раза в три или четыре, чем потребляемая мощность оборудования при запуске.
- Синхронные. А вот этот вид легко справляется с краткосрочными нагрузками. Такой генератор может выдержать перегруз раз в пять или шесть. Правда, высокой надежностью он не отличается по сравнению с асинхронным вариантов, к тому же он является обладателем больших размеров и массы.
Конечно, в данном разделении лежит принцип работы агрегата. Но есть и другие критерии.
- Однофазный.
- Двухфазный.
- Трехфазный.
- Многофазный (обычно шесть фаз).
- Сварочный.
- Линейный.
- Индукционный.
- Стационарный.
- Переносной.
Устройство трехфазного генератора
В принципе, устройство трехфазного генератора переменного тока достаточно простое. Это корпус с двумя крышками с противоположных сторон. В каждой из них проделаны отверстия для вентиляции. В крышках устроены ниши под подшипники, в которых вращается вал. На передний конец вала устанавливается передаточный элемент. К примеру, на автомобильном генераторе установлен шкив, с помощью которого вращение передается от двигателя внутреннего сгорания на генератор. На противоположном конце вала производится передача электрического тока, ведь вал в этом случае выступает как электромагнит с одной обмоткой.
Передача производится через графитовые щетки и токосъемные кольца (они из меди). Щетки соединены с электрорегулятором (по сути, это обычное реле), который регулирует подачу напряжение 12 вольт с требуемыми отклонениями. Самое важное, что реле не повышает и не понижает напряжение в зависимости от скорости вращения самого вала.
Так вот если говорить о трехфазных генераторах переменного тока, то это три вот таких однофазных. Только трехфазный агрегат имеет обмотку не на роторе (валу), а в статоре. И таких обмоток три, которые сдвинуты относительно друг друга по фазе. Вал, как и в первой конструкции, выполняет функции электромагнита, который питается через контакты скользящего типа постоянным током.
Вращение вала создает в обмотках магнитное поле. Электродвижущая сила начинает индуцироваться, когда происходит пересечение магнитного поля обмоток с ротором. А так как обмотки располагаются на статоре симметрично, то есть, через каждые 120º, то соответственно и электродвижущая сила будет иметь одинаковое амплитудное значение.
На практике используется несколько видов генераторов. Но каждый из них включает в себя одни и те же составные элементы. К ним относятся магнит, который создает соответствующее поле, и специальная проволочная обмотка, где создается электродвижущая сила (ЭДС). В простейшей модели генератора роль обмотки выполняет рамка, способная вращаться вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Амплитуда ЭДС пропорциональна количеству витков, имеющихся на обмотке, и размаху колебаний магнитного потока.
Чтобы получить значительный по силе магнитный поток, в генераторах используют особую систему. Она состоит из пары стальных сердечников. Обмотки, которые создают переменное магнитное поле, помещают в пазы первого из них. Те витки, которые индуцируют ЭДС, укладывают в пазы второго сердечника.
Внутренний сердечник называют ротором. Он вращается вокруг оси вместе с имеющейся на нем обмоткой. Тот сердечник, который остается без движения, выполняет функцию статора. Чтобы сделать поток магнитной индукции наиболее сильным, а потери энергии минимальными, расстояние между статором и ротором стараются сделать как можно меньше.
По какому принципу работает генератор
Электродвижущая сила возникает в обмотках статора сразу после появления электрического поля, для которого характерны вихревые образования. Эти процессы порождаются изменением магнитного потока, которое наблюдается при ускоренном вращении ротора.
Ток от ротора подается в электрическую цепь при помощи контактов, имеющих вид элементов скольжения. Чтобы сделать это было легче, к концам обмотки присоединяют кольца, называемые контактными. К кольцам прижимаются неподвижные щетки, через которые и осуществляется связь между электрической цепью и обмоткой движущегося ротора.
В витках обмотки магнита, где создается магнитное поле, ток имеет сравнительно небольшую силу, если сравнивать его с тем током, который генератор отдает внешней цепи. По этой причине уже конструкторы первых генераторов решили отводить ток от обмоток, расположенных статично, а слабый ток к вращающемуся магниту подавать через контакты, обеспечивающие скольжение. В генераторах малой мощности поле создает магнит постоянного типа, который способен вращаться. Такая конструкция позволяет упростить всю систему и вовсе не использовать кольца и щетки.
Современный промышленный генератор электрического тока представляет собой массивное и громоздкое сооружение, которое состоит из металлических конструкций, изоляторов и медных жил. Размеры устройства могут составлять несколько метров. Но даже для такого солидного сооружения очень важно выдержать точные габариты деталей и зазоры между подвижными частями электрической машины.
Индукционный генератор переменного тока. В индукционных генераторах переменного тока механическая энергия превращается в электрическую. Индукционный генератор состоит из двух частей: подвижной, которая называется ротором, и неподвижной, которая называется статором. Действие генератора основано на явлении электромагнитной индукции. Индукционные генераторы имеют сравнительно простое устройство и позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении. В настоящее время имеется много типов индукционных генераторов, но все они состоят из одних и тех же основных частей. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-вторых, обмотка, состоящая из последовательно соединенных витков, в которых индуцируется переменная электродвижущая сила. Так как электродвижущие силы, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда электродвижущей силы индукции в обмотке пропорциональна числу витков в ней.
| Рис. 6.9 |
Число силовых линий, пронизывающих каждый виток, непрерывно меняется от максимального значения, когда он расположен поперек поля, до нуля, когда силовые линии скользят вдоль витка. В результате при вращении витка между полюсами магнита через каждые пол-оборота направление тока меняется на противоположное, и в витке появляется переменный ток. Во внешнюю цепь ток отводится при помощи скользящих контактов. Для этого на оси обмотки укреплены контактные кольца, присоединенные к концам обмотки. Неподвижные пластины – щетки – прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки с внешней цепью (рис. 6.9).
Пусть виток провода вpащается в одноpодном магнитном поле с постоянной угловой скоpостью . Магнитный поток, пронизывающий виток, меняется по закону , здесь S – площадь витка. Согласно закону Фаpадея в обмотке наводится электродвижущая сила индукции, которая опpеделяется следующим обpазом:
где N – число витков в обмотке. Таким образом, электродвижущая сила индукции в обмотке изменяется по синусоидальному закону и пpопоpциональна числу витков в обмотке и частоте вpащения.
В опыте с вращающейся обмоткой статором является магнит и контакты, между которыми помещена обмотка. В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится электродвижущая сила, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. На тепловых электростанциях для вращения ротора используются паровые турбины. Турбины, в свою очередь, приводятся во вращение струями водяного пара, полученного в огромных паровых котлах за счет сжигания угля или газа (теплоэлектростанции) или распада вещества (атомные электростанции). На гидроэлектростанциях для вращения ротора используются водяные турбины, которые вращаются водой, падающей с большой высоты.
Электрогенераторы играют важнейшую роль в развитии нашей технологической цивилизации, поскольку позволяют получать энергию в одном месте, а использовать ее в другом. Паровая машина, например, может преобразовывать энергию сгорания угля в полезную работу, но использовать эту энергию можно только там, где установлены угольная топка и паровой котел. Электростанция же может размещаться весьма далеко от потребителей электроэнергии – и, тем не менее, снабжать ею заводы, дома и т.п.
Рассказывают (скорее всего, это всего лишь красивая сказка), будто Фарадей демонстрировал прототип электрогенератора Джону Пилу, канцлеру казначейства Великобритании, и тот спросил ученого: «Хорошо, мистер Фарадей, все это очень интересно, а какой от всего этого толк?».
«Какой толк? – якобы удивился Фарадей. – Да вы знаете, сэр, сколько налогов эта штука со временем будет приносить в казну?!»
Трансформатор.
Трансформатор. Электродвижущая сила мощных генераторов электростанций велика, между тем практическое использование электроэнергии требует чаще всего не очень высоких напряжений, а передача энергии, наоборот, очень высоких.
Для уменьшения потерь на нагревание проводов необходимо уменьшить силу тока в линии передачи, и, следовательно, для сохранения мощности увеличить напряжение. Напряжение, вырабатываемое генераторами (обычно около 20 кВ), повышают до напряжения 75 кВ, 500 кВ и даже до напряжения 1,15 МВ, в зависимости от длины линии электропередачи. Повышая напряжение с 20 до 500 кВ, то есть в 25 раз, уменьшают потери в линии в 625 раз.
Преобразование переменного тока определенной частоты, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности, осуществляется электромагнитным устройством, не имеющим подвижных частей – электрическим трансформатором. Трансформатор – важный элемент многих электрических приборов и механизмов. Зарядные устройства и игрушечные железные дороги, радиоприемники и телевизоры – всюду трудятся трансформаторы, которые понижают или повышают напряжение. Среди них встречаются как совсем крошечные, не более горошины, так и настоящие колоссы массой в сотни тонн и более.
| Рис. 6.10 |
Трансформатор состоит из магнитопровода, представляющего собой набор пластин, которые обычно изготавливаются из ферромагнитного материала (рис. 6.10). На магнитопроводе располагаются две обмотки – первичная и вторичная. Та из обмоток, которая подключается к источнику переменного напряжения, называется первичной, а та, к которой присоединяют «нагрузку», то есть приборы, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Ферромагнетик увеличивает количество силовых линий магнитного поля приблизительно в 10 000 раз и локализует поток магнитной индукции внутри себя, благодаря чему обмотки трансформатора могут быть пространственно разделены и все же остаются индуктивно связанными.
Действие трансформатора основано на явлениях взаимной индукции и самоиндукции. Индукция между первичной и вторичной обмоткой взаимна, то есть ток, протекающий во вторичной обмотке, индуцирует электродвижущую силу в первичной, точно так же, как первичная обмотка индуцирует электродвижущую силу во вторичной. Более того, поскольку витки первичной обмотки охватывают собственные силовые линии, в них самих возникает электродвижущая сила самоиндукции. Электродвижущая сила самоиндукции наблюдается также и во вторичной обмотке.
Пусть первичная обмотка подсоединяется к источнику переменного тока с электродвижущей силой , поэтому в ней возникает переменный ток , создающий в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток ? , который сосредотачивается внутри магнитного сердечника и пронизывает все витки первичной и вторичной обмоток.
При отсутствии внешней нагpузки выделяемая в тpансфоpматоpе мощность близка к нулю, то есть близка к нулю сила тока. Применим к первичной цепи закон Ома: сумма электродвижущей силы индукции и напряжения в цепи равна произведению силы тока на сопротивление. Полагая , можно записать: , следовательно, , где Ф – поток пронизывающий каждый виток первичной катушки. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же электродвижущую силу в каждом витке, то суммарная электродвижущая сила, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу ее витков. Следовательно, .
Коэффициент трансформации напряжения равен отношению напpяжения во вторичной цепи к напряжению в первичной цепи. Для амплитудных значений напряжений на обмотках можно записать:
Таким образом, коэффициент трансформации определяется как отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки. Если коэффициент , трансформатор будет повышающим, а если – понижающим.
Написанные выше соотношения, строго говоря, применимы только к идеальному трансформатору, в котором нет рассеяния магнитного потока и отсутствуют потери энергии на джоулево тепло. Эти потери могут быть связаны с наличием активного сопротивления самих обмоток и возникновением индукционных токов (токов Фуко) в сердечнике.
Токи Фуко.
Токи Фуко. Индукционные токи могут возникать также в сплошных массивных проводниках. При этом замкнутая цепь индукционного тока образуется в толще самого проводника при его движении в магнитном поле или под влиянием переменного магнитного поля. Эти токи названы по имени французского физика Ж.Б.Л. Фуко, который в 1855 г. обнаружил нагревание ферромагнитных сердечников электрических машин и других металлических тел в переменном магнитном поле и объяснил этот эффект возбуждением индукционных токов. Эти токи в настоящее время называются вихревыми токами или токами Фуко.
Если железный сердечник находится в переменном магнитном поле, то в нем под действием индукционного электрического поля наводятся внутренние вихревые токи – токи Фуко, ведущие к его нагреванию. Так как электродвижущая сила индукции всегда пропорциональна частоте колебаний магнитного поля, а сопротивление массивных проводников мало, то при высокой частоте в проводниках будет выделяться, согласно закону Джоуля–Ленца, большое количество тепла.
Во многих случаях токи Фуко бывают нежелательными, поэтому приходится принимать специальные меры для их уменьшения. В частности, эти токи вызывают нагревание ферромагнитных сердечников трансформаторов и металлических частей электрических машин. Для снижения потерь электрической энергии из-за возникновения вихревых токов сердечники трансформаторов изготавливают не из сплошного куска ферромагнетика, а из отдельных металлических пластин, изолированных друг от друга диэлектрической прослойкой.
| Рис. 6.11 |
Вихревые токи широко используются для плавки металлов в так называемых индукционных печах (рис. 6.11), для нагревания и плавления металлических заготовок, получения особо чистых сплавов и соединений металлов. Для этого металлическую заготовку помещают в индукционную печь (соленоид, по которому пропускают переменный ток). Тогда, согласно закону электромагнитной индукции, внутри металла возникают индукционные токи, которые разогревают металл и могут его расплавить. Создавая в печи вакуум и применяя левитационный нагрев (в этом случае силы электромагнитного поля не только разогревают металл, но и удерживают его в подвешенном состоянии вне контакта с поверхностью камеры), получают особо чистые металлы и сплавы.
Здравствуйте, ценители мира электрики и электроники. Если вы частенько заглядываете на наш сайт, то наверняка помните, что совсем недавно у нас вышел достаточно объемный материал про то, как устроен и работает генератор постоянного тока. Мы подробно описали его строение от самых простых лабораторных прототипов, до современных рабочих агрегатов. Обязательно почитайте, если еще этого не сделали.
Сегодня мы разовьем эту тему, и разберемся, в чем заключается принцип действия генератора переменного тока. Поговорим о сферах его применения, разновидностях и много еще о чем.
Начнем с самого основного – переменный ток отличается от постоянного тем, что он с некоторой периодичностью меняет свое направление движения. Также он меняет и величину, о чем мы подробнее поговорим далее.
Спустя определенный промежуток времени, который мы назовем «Т» значения параметров тока повторяются, что на графике можно изобразить в виде синусоиды – волнистой линии, проходящей с одинаковой амплитудой через центральную линию.
Базовые принципы
Итак, назначение и устройство генераторов переменного тока, называемого раньше альтернатором, заключается в преобразовании кинетической энергии, то есть механической, в электрическую. Подавляющее большинство современных генераторов используют вращающееся магнитное поле.
- Работают такие устройства за счет электромагнитной индукции, когда при вращении в магнитном поле катушки из токопроводящего материала (обычно медная проволока), в ней возникает электродвижущая сила (ЭДС).
- Ток начинает образовываться в тот момент, когда проводники начинают пересекать магнитные линии силового поля.
- Причем пиковое значение ЭДС в проводнике достигается при прохождении им главных полюсов магнитного поля. В те моменты, когда они скользят вдоль силовых линий, индукция не возникает и ЭДС падает до нуля. Взгляните на любую схему из представленных – первое состояние будет наблюдаться, когда рамка примет вертикальное положение, а второе – когда горизонтальное.
- Для лучшего понимания протекающих процессов нужно вспомнить правило правой руки, изучавшееся всеми в школе, но мало кем помнящееся. Суть его заключается в том, что если расположить правую руку так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в нее со стороны ладони, большой палец, отведенный в сторону, укажет направление движения проводника, а остальные пальцы будут указывать на направление возникающей в нем ЭДС.
- Взгляните на схему выше, положение «а». В этот момент ЭДС в рамке равно нулю. Стрелочками показано направление ее движения – часть рамки А двигается в сторону северного полюса магнита, а Б – южного, достигнув которых ЭДС будет максимальным. Применяя описанное выше правило правой руки, мы видим, что ток начинает течь в части «Б» в нашу сторону, а в части «А» – от нас.
- Рамка вращается дальше и ток в цепи начинает падать, пока рамка снова не займет горизонтальное положение (в).
- Дальнейшее вращение приводит к тому, что ток начинает течь в обратном направлении, так как части рамки поменялись местами, если сравнивать с начальным положением.
Спустя половину оборота, все снова вернется в изначальное состояние, и цикл повторится снова. В итоге мы получили, что за время совершения полного оборота рамки, ток дважды возрастал до максимума и падал до нуля, и единожды менял свое направление относительно нчального движения.
Переменный ток
Принято считать, что длительность периода обращения равняется 1 секунде, а число периодов «Т» является частотой электрического тока. В стандартных электрических сетях России и Европы за одну секунду ток меняет свое направление 50 раз – 50 периодов в секунду.
Обозначают в электронике один такой период особой единицей, названной в честь немецкого физика Г. Герца. То есть в приведенном примере российских сетей частота тока составляет 50 герц.
Вообще, переменный ток нашел очень широкое применение в электронике благодаря тому, что: величину его напряжения очень просто изменять при помощи трансформаторов, не имеющих движущихся частей; его всегда можно преобразовать в постоянный ток; устройство таких генераторов намного надежнее и проще, чем для выработки постоянного тока.
Строение генератора переменного тока
Как устроен генератор переменного тока, в принципе, понятно, но вот, сравнивая его с собратом для выработки постоянного, не сразу можно уловить разницу.
Основные рабочие части и их подключение
Если вы прочли предыдущий материал, то наверняка помните, что рамка в простейшей схеме была соединена с коллектором, разделенным на изолированные контактные пластины, а тот, в свою очередь, был связан со щетками, скользящими по нему, через которые и была подключена внешняя цепь.
За счет того, что пластины коллектора постоянно меняются щетками, не происходит смены направления тока – он просто пульсирует, двигаясь в одном направлении, то есть коллектор является выпрямителем.
- Для переменного тока такого приспособления не нужно, поэтому его заменяют контактные кольца, к которым привязаны концы рамки. Вся конструкция вместе вращается вокруг центральной оси. К кольцам примыкают щетки, которые также по ним скользят, обеспечивая постоянный контакт.
- Как и в случае с постоянным током, ЭДС, возникающие в разных частях рамки, будут суммироваться, образуя результирующее значение этого параметра. При этом во внешней цепи, подключенной через щетки (если подсоединить к ней резистор нагрузки RH), будет протекать электрический ток.
- В рассмотренном выше примере «Т» равняется полному обороту рамки. Отсюда можно сделать логичный вывод, что частота тока, вырабатываемая генератором, напрямую зависит от скорости вращения якоря (рамки), или другими словами ротора, в секунду. Однако это касается только такого простейшего генератора.
Если увеличить число пар полюсов, то в генераторе пропорционально возрастет и число полных изменений тока за один оборот якоря, и частота его будет измерять иначе, по формуле: f = np, где f – это частота, n – число оборотов в секунду, p – количество пар магнитных полюсов устройства.
- Как мы уже писали выше, течение переменного тока графически изображается синусоидой, поэтому такой ток еще называется и синусоидальным. Сразу можно выделить основные условия, задающие постоянство характеристик такого тока – это равномерность магнитного поля (постоянная его величина) и неизменная скорость вращения якоря, в котором он индуктируется.
- Для того чтобы сделать устройство достаточно мощным, в нем применяются электрические магниты. Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, в действующих агрегатах тоже не является рамкой, как мы показывали в схемах выше. Применяется очень большое количество проводников, которые соединены друг с другом по определенной схеме
Интересно знать! Образование ЭДС происходит не только тогда, когда проводник смещается относительно магнитного поля, но и наоборот, когда двигается само поле относительно проводника, чем активно и пользуются конструкторы электродвигателей и генераторов.
- Данное свойство позволяет размещать обмотку, в которой индуктируется ЭДС, не только на вращающейся центральной части устройства, но и на неподвижной части. При этом в движение приводится магнит, то есть полюсы.
- При таком строении внешняя обмотка генератора, то есть силовая цепь, не нуждается ни в каких подвижных частях (кольцах и щетках) – соединение выполняется жесткое, чаще болтовое.
- Да, но можно резонно возразить, мол, эти же элементы потребуется установить на обмотке возбуждения. Так и есть, однако сила тока, протекающая здесь, будет намного меньше итоговой мощности генератора, что значительно упрощает организацию подвода тока. Элементы будут малы по размерам и массе и очень надежны, что делает именно такую конструкцию самой востребованной, особенно для мощных агрегатов, например, тяговых, устанавливаемых на тепловозах.
- Если же речь идет о маломощных генераторах, где токосъем не представляет каких-то сложностей, поэтому часто применяется «классическая» схема, с вращающейся якорной обмоткой и неподвижным магнитом (индуктором).
Совет! Кстати, неподвижная часть генератора переменного тока называется статором, так как она статична, а вращающаяся – ротором.
Виды генераторов переменного тока
Классифицировать и отличить генераторы можно по нескольким признакам. Давайте назовем их.
Трехфазные генераторы
Отличаться они могут по количеству фаз и быть одно-, двух- и трехфазными. На практике наибольшее распространение получил последний вариант.
- Как видно из картинки выше, силовая часть агрегата имеет три независимые обмотки, расположенные на статоре по окружности, со смещением друг относительно друга на 120 градусов.
- Ротор в данном случае представляет собой электромагнит, который, вращаясь, индуктирует в обмотках переменные ЭДС, которые сдвинуты друг относительно друга во времени на одну третью периода «Т», то есть такта. По сути, каждая обмотка представляет собой отдельный однофазный генератор, который питает переменным током свою внешнюю цепь R. То есть мы имеет три значения тока I(1,2,3) и такое же количество цепей. Каждая такая обмотка вместе с внешней цепью получила название фазы.
- Чтобы сократить число проводов, ведущих к генератору, три обратных провода, ведущих к нему от потребителей энергии, заменяют одним общим, по которому будут проходить токи от каждой фазы. Такой общий провод называют нулевым
- Соединение всех обмоток такого генератора, когда их концы соединяются друг с другом, называется звездой. Отдельные три провода, соединяющие начала обмоток с потребителями электроэнергии называются линейными – по ним и идет передача.
- Если нагрузка всех фаз будет одинаковой, то необходимость в нулевом проводе полностью отпадет, так как общий ток в нем будет равен нулю. Как так получается, спросите вы? Все предельно просто – для понятия принципа достаточно сложить алгебраические значения каждого синусоидального тока, сдвинутых по фазе на 120 градусов. Схема выше поможет понять этот принцип, если представить, что кривые на нем – это изменение тока в трех фазах генератора.
- Если же нагрузка в фазах будет неодинаковой, то нулевой провод начнет пропускать ток. Именно поэтому распространена 4-х проводная схема подключения звездой, так как она позволяет сохранять электрические приборы, включенные в этот момент в сеть.
- Напряжение между линейными проводами называется линейным, тогда как напряжение на каждой фазе – фазным. Токи, протекающие в фазах, являются и линейными.
- Схема подключения звездой не является единственной. Существует и другой вариант последовательного подключения трех обмоток, когда конец одной соединен с началом второй, и так далее, пока не образуется замкнутое кольцо (см. схему выше «б»). Исходящие от генератора провода подключаются в местах соединения обмоток.
- В таком случае фазовые и линейные напряжения будут одинаковыми, а ток линейного провода будет больше фазного, при их одинаковой нагрузке.
- Такое соединение также не нуждается в нулевом проводе, в чем и заключается основное преимущество трехфазного генератора. Наличие меньшего количества проводов делают его проще, и цена его ниже, из-за меньшего количества используемых цветных металлов.
Еще одной особенностью трехфазной схемы подключения является появление вращающегося магнитного поля, что позволяет создавать простые и надежные асинхронные электродвигатели.
Но и это не все. При выпрямлении однофазного тока на выходе выпрямителя получается напряжение с пульсациями от нуля до максимального значения. Причина, думаем, ясна, если вы поняли основной принцип работы такого устройства. Когда же присутствует сдвиг по времени фаз, пульсации сильно уменьшаются, не превышая 8%.
Различие по виду
Отличаются генераторы и по виду, которых существует 2:
- Синхронный генератор переменного тока – главная особенность такого агрегата заключается в жесткой связи частоты переменной ЭДС, которая наведена в обмотке и синхронной частотой вращения, то есть вращения ротора.
- Взгляните на схему выше. На ней мы видим статор с трехфазной обмоткой, соединенной по треугольной схеме, которая мало чем отличается от той, что стоит на асинхронном двигателе.
- На роторе генератора располагается электромагнит с обмоткой возбуждения, питающаяся от постоянного тока, который может быть подан на него любым известным способом – об этом подробнее будет расписано далее.
- Вместо электромагнита может быть применен постоянный, тогда необходимость в скользящих частях схемы, в виде щеток и контактных колец, отпадает вовсе, на такой генератор не будет достаточно мощным и не сможет нормально стабилизировать выходные напряжения.
- К валу ротора подключается привод – любой двигатель, создающий механическую энергию, и он приводится в движение с определенной синхронной скоростью.
- Так как магнитное поле главных полюсов вращается вместе с ротором, начинается индукция переменных ЭДС в обмотке статора, которые можно обозначить как Е1, Е2 и Е3. Эти переменные будут одинаковыми по значению, но как уже не раз говорилось, смещенными на 120 градусов по фазе. Вместе эти значения образуют трехфазную систему ЭДС, которая симметрична.
- К точкам С1,С2 и С3 подключается нагрузка, и на фазах обмотки в статоре появляются токи I1,I2,и I В это время каждая фаза статора сама становится мощным электромагнитом и создает вращающееся магнитное поле.
- Частота вращения магнитного поля статора будет соответствовать частоте вращения ротора.
- Асинхронные генераторы – их отличает от описанного выше примера то, что частоты ЭДС и вращения ротора жестко не привязаны друг к другу. Разница между этими параметрами называется скольжением.
- Электромагнитное поле такого генератора в обычном рабочем режиме оказывает под нагрузкой тормозной момент на вращение ротора, поэтому частота изменения магнитного поля будет меньшим.
- Эти агрегаты не требуют для создания сложных узлов и применения дорогих материалов, поэтому нашли широкое применение, как электрические двигатели для транспорта, из-за легкого обслуживая и простоты самого устройства. Данные генераторы устойчивы к перегрузкам и коротким замыканиям, однако на устройствах сильно зависящих от частоты тока они неприменимы.
Способы возбуждения обмотки
Последнее различие моделей, которое хотелось бы затронуть, связано со способом запитки возбуждающей обмотки.
Тут можно выделить 4 типа:
- Питание на обмотку подается через сторонний источник.
- Генераторы с самовозбуждением – питание берется от самого генератора, при этом напряжение выпрямляется. Однако находясь в неактивном состоянии, такой генератор не сможет выработать достаточного напряжения, чтобы стартовать, для чего в схеме применяется аккумулятор, который будет задействован во время старта.
- Вариант с обмоткой возбуждения, питающейся от другого генератора меньшей мощности, установленного с ним на одном валу . Второй генератор уже должен стартовать от стороннего источника, например, того же аккумулятора.
- Последняя разновидность вообще не нуждается в подаче питания на обмотку возбуждения, так как ее у него нет, ведь применяется в устройстве постоянный магнит.
Применение генераторов переменного тока на практике
Применяются такие генераторы практически во всех сферах человеческой деятельности, где требуется электрическая энергия. Причем принцип ее добычи отличается только способом приведения в движение вала устройства. Так работают и гидро-, и тепло- и даже атомные станции.
Данные станции запитывают по проводам общественные сети, к которым подключается конечный потребитель, то есть все мы. Однако существует множество объектов, к которым невозможно доставить электрическую энергию таким способом, например, транспорт, стройплощадки вдали от линий электропередач, очень далекие поселки, вахты, буровые установки и прочее.
Это означает только одно – требуется свой генератор и двигатель, приводящий его в движение. Давайте рассмотрим несколько небольших и часто встречающихся в нашей жизни устройств.
Автомобильные генераторы
На фото — электрический генератор для автомобиля
Кто-то возможно тут же скажет: «Как? Это же генератор постоянного тока!». Да, действительно, так оно и есть, однако таковым его делает лишь наличие выпрямителя, который этот самый ток делает постоянным. Основной принцип работы ничем не отличается – все тот же ротор, все тот же электромагнит и прочее.
Это устройство функционирует таким образом, что вне зависимости от скорости вращения вала, оно вырабатывает напряжение в 12В, что обеспечивается регулятором, через который идет питание обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения стартует, запитываясь от автомобильного аккумулятора, ротор агрегата приводится в движение двигателем автомобиля через шкив, после чего начинает индуцироваться ЭДС.
Для выпрямления трехфазного тока используется несколько диодов.
Генератор на жидком топливе
Устройство бензинового генератора переменного тока, ровно, как и дизельного, мало чем отличается от того, что установлен в вашем автомобиле, за исключением нюанса, что ток он будет выдавать, как положено, переменный.
Из особенностей можно выделить то, что ротор агрегата всегда должен вращаться с одной скоростью, так как при перепадах выработка электроэнергии становится хуже. В этом кроется существенный недостаток подобных устройств – подобный эффект происходит при износе деталей.
Интересно знать! Если к генератору подключить нагрузку, которая будет ниже рабочей, то он не будет использовать свою мощность на полную, съедая часть жидкого топлива впустую.
На рынке представлен большой выбор подобных агрегатов, рассчитанных на разную мощность. Они пользуются большой популярность за счет своей мобильности. При этом инструкция по пользованию предельно проста – заливаем своими руками топливо, запускаем двигатель поворотом ключа и подключаемся…
На этом, пожалуй, закончим. Мы разобрали назначение и общее устройство этих приборов максимально просто. Надеемся, генератор переменного тока и принцип его действия стали к вам чуточку ближе, и с нашей подачи вы захотите погрузиться в увлекательный мир электротехники.
Разница между электродвигателем и генератором (Технологии)
Электродвигатель против генератора
Электричество стало неотъемлемой частью нашей жизни; более или менее весь наш образ жизни основан на электрическом оборудовании. Энергия преобразуется из многих форм в форму электрической энергии, чтобы включить все эти устройства. Электродвигатель представляет собой устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию. С другой стороны, устройства используются для преобразования электрической энергии в механическую при необходимости. Мотор — это устройство, которое выполняет эту функцию.
Подробнее об электрогенераторе
Основополагающим принципом работы любого электрического генератора является закон электромагнитной индукции Фарадея. Идея, сформулированная этим принципом, заключается в том, что при изменении магнитного поля на проводнике (например, на проводе) электроны вынуждены двигаться в направлении, перпендикулярном направлению магнитного поля. Это приводит к созданию давления электронов в проводнике (электродвижущая сила), что приводит к потоку электронов в одном направлении. Чтобы быть более техническим, скорость изменения магнитного потока через проводник индуцирует электродвижущую силу в проводнике, и ее направление задается правилом правой руки Флеминга. Это явление используется в основном для производства электроэнергии.
Для достижения этого изменения магнитного потока через проводящий провод магниты и проводящий провод перемещаются относительно, так что поток изменяется в зависимости от положения. Увеличивая количество проводов, вы можете увеличить результирующую электродвижущую силу; поэтому провода намотаны в катушку, содержащую большое количество витков. Установка магнитного поля или катушки во вращательное движение, в то время как другой является неподвижным, позволяет непрерывное изменение потока.
Вращающаяся часть генератора называется ротором, а неподвижная часть называется статором. Часть генератора, генерирующая ЭДС, называется Арматурой, а магнитное поле называется просто Полем. Арматура может использоваться в качестве статора или ротора, тогда как полевой компонент является другим. Увеличение напряженности поля также позволяет увеличить индуцированную ЭДС.
Поскольку постоянные магниты не могут обеспечить интенсивность, необходимую для оптимизации выработки электроэнергии от генератора, используются электромагниты. Через эту полевую цепь протекает значительно меньший ток, чем в цепи якоря, а меньший ток проходит через контактные кольца, которые поддерживают электрическое соединение во вращателе. В результате большинство генераторов переменного тока имеют обмотку возбуждения на роторе и статоре в качестве обмотки якоря..
Подробнее об электродвигателе
Принцип, используемый в двигателях, является еще одним аспектом принципа индукции. Закон гласит, что если заряд движется в магнитном поле, сила действует на заряд в направлении, перпендикулярном как скорости заряда, так и магнитному полю. Тот же принцип применяется для потока заряда, это ток и проводник, несущий ток. Направление этой силы определяется правилом правой руки Флеминга. Простой результат этого явления заключается в том, что если ток протекает в проводнике в магнитном поле, проводник движется. Все асинхронные двигатели работают по этому принципу..
Как и генератор, двигатель также имеет ротор и статор, где вал, прикрепленный к ротору, доставляет механическую энергию. Количество витков катушек и напряженность магнитного поля влияют на систему одинаково.
В чем разница между электродвигателем и электрогенератором? • Генератор преобразует механическую энергию в электрическую, а мотор преобразует механическую энергию в электрическую.. • В генераторе вал, прикрепленный к ротору, приводится в действие механическим усилием, а электрический ток создается в обмотках якоря, а вал двигателя приводится в действие магнитными силами, возникающими между якорем и полем; ток должен быть подан на обмотку якоря. • Моторы (обычно движущийся заряд в магнитном поле) подчиняются правилу левой руки Флеминга, в то время как генератор подчиняется правилу левой руки Флеминга. |
Компоненты генераторов
Что такое генератор? По своей сути генератор — это просто вращающийся электрический блок.
В зависимости от конструкции он может вырабатывать постоянный ток (DC), переменный ток (AC) или и то, и другое. Генератор необходим для преобразования механической энергии в электричество. Благодаря своей универсальности и мощности, это основа многих передовых систем, в том числе современной робототехники.
Некоторые ключевые компоненты генераторов включают:
Поле : Это устройство, которое создает магнитный поток под действием напряжения.Он состоит из нескольких катушек проводников, которые работают вместе при получении напряжения источника — процесс, называемый возбуждением .
Якорь : Якорь является основным источником выходного напряжения генератора. Магнитный поток в поле способствует этому выходу. Якорь состоит из батареи проволочных катушек, каждая из которых может выдерживать полное номинальное напряжение генератора.
Первичный двигатель : Первичный двигатель — это тип турбины, используемой для привода генератора переменного тока.Например, он может состоять из газовой, паровой, гидравлической или ветряной турбины. Некоторые системы могут даже иметь резервные резервные турбины.
Ротор : Как следует из названия, ротор является главным вращающимся элементом генератора. Его приводит в движение тягач. В зависимости от общей конструкции системы ротор может быть якорем или полем. Последнее более распространено в современных системах.
Статор : Статор — это стационарный элемент конструкции системы.Он работает с ротором и, как и сам ротор, может быть как полем, так и якорем.
Контактные кольца : Контактные кольца — это специальные электрические соединители, которые облегчают передачу энергии к ротору и от него. Индивидуальное контактное кольцо представляет собой круглый проводник, связанный с обмотками ротора, но изолированный от вала.
Подшипники вала : Вал соединяет первичный двигатель и остальную часть генератора. Ряд подшипников точно расположены, чтобы структурировать относительное движение движущихся частей системы.Это помогает снизить трение и уменьшить «износ».
Несмотря на то, что существует множество способов спланировать и структурировать систему генератора, инженер должен быть знаком с каждым из этих общих компонентов и их эффектами.
Хотите быстро освоить теорию двигателей и генераторов? Это легко сделать с курсом MCMA по основам теории двигателей и генераторов. Стремящиеся и опытные инженеры могут углубить свое понимание электрических и электромагнитных систем, термодинамики, устройств обратной связи и многого другого.
Вращающийся генератор— обзор
Антидинамо-теорема I.Первый доказанный нами результат — это декартова версия теоремы Коулинга о том, что магнитное поле B ( x, y, t ) не зависит от z. , не может обслуживаться динамо-машиной. В этом случае поток должен иметь вид и ( x, y, t ), поскольку любая зависимость z будет передаваться магнитному полю. С помощью этого движения жидкости поле B z может быть создано из компонентов B, x и B y , вертикальными потоками u z , которые зависят от ( x, y ).Однако нет источника для компонентов B x и B y , и это будет означать, что динамо-машина невозможна.
Мы будем рассматривать периодическую декартову геометрию с периодичностью 2π L в x, y и z , позволяя V обозначать один блок периодичности. Для упрощения предположим, что поле постоянного потока u ( x, y ) и что B принимает форму нормального режима.
(3.23) B (x, y, t) = b (x, y) eλt + c.c., Γ = Re╡ λ.
Здесь «c.c» означает комплексное сопряжение предыдущего члена. Это вводится для получения действительного поля в виде Λ, а собственная функция b ( x, y ), как правило, будет комплексной, поскольку правая часть уравнения индукции (2.46) не представляет собой самосопряженный оператор . Мы ограничим допустимые начальные условия теми, в которых отсутствует среднее магнитное поле в фундаментальном объеме V (по принципу II выше в разделе 2.6). Если потока нет, u = 0 и поле выражено в виде ряда Фурье, ясно, что самая медленная скорость распада — это распад γ = −η / L 2 . Соответственно, имеем неравенство (ср. (3.22))
(3,24) V | ∇ × B | 2dV≥L − 2∫V | B | 2dV
для любого периодического поля с нулевым средним B с ▽ · B = 0, или аналогично для любого нулевого- среднее, периодико-скалярное поле ϕ(3.25) V | ∇ϕ | 2dV≥L − 2∫V | ϕ | 2dV.
Покажем, что для любого потока u ( x, y ) и нормального режима (3.Bz = (∂zA, −∂xA, Bz).
Важно отметить, что потенциал A ( x, y, t ) является периодическим в x и y , потому что в V. нет среднего поля. Можно проверить, что три компонента уравнения индукции выполняются при условии, что
(3,27) ∂tA + u⋅∇A = η∇2A,
(3.28) ∂tBz + u⋅∇Bz = ((∂yA) ∂x− (∂xA) ∂y) uz + η∇2Bz.
Таким образом, потенциал A подчиняется скалярному уравнению переноса без источников.Следовательно, этот потенциал должен убывать: чтобы показать это, умножьте (3,27) на 2 A и перепишите его как
(3,29) ∂tA2 + ∇⋅ (u A2) = 2η∇⋅ (A∇A) −2η | ∇A | 2.
Мы интегрируем это, используем периодические граничные условия, чтобы отбросить поверхностный интеграл, а затем применяем (3.25), чтобы получить
(3,30) ∂t∫VA2dV = −2η∫V | ∇A | 2dV≤ − 2ηL − 2∫VA2dV.
Таким образом, любая нарастающая нормальная мода (3.23) с γ> γ распад = −η / L 2 должна иметь A ≡ 0. При A ноль, в уравнении (3 .28) и поэтому B z подчиняется скалярному уравнению переноса. Повторение приведенного выше аргумента показывает, что B z ≡ 0. Таким образом, у нас остается только тривиальное поле B ≡ 0. Мы заключаем, что все нормальные моды имеют γ ≤ γ распад .
Электрогенератор в сборе, состоящий из невращающейся части и электрического устройства, включенного в вращающуюся часть
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ЗАЯВКИЭто национальная заявка США, претендующая на преимущество международного номера заявки PCT / EP2016 / 052513, поданная в феврале. .5, 2016, в которой испрашивается преимущество британской патентной заявки 1502097.7, поданной 9 февраля 2015 г., обе из которых полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к узлу электрогенератора, содержащему вращающуюся часть ( 16 a ) и невращающуюся часть ( 16 b ).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Узлы электрогенератора, включающие в себя вращающуюся часть и невращающуюся часть, широко известны.Статор как невращающаяся часть тогда обычно конфигурируется так, чтобы он полностью охватывал ротор как вращающуюся часть.
Генератор в сборе одного типа представляет собой так называемый генератор переменного магнитного сопротивления, в котором магнитная цепь, питаемая постоянным магнитом и проходящая через катушку, периодически открывается и закрывается. Напряжение переменного тока, индуцированное в катушке в результате колебательного магнитного поля, может использоваться для выработки энергии или для управления другими устройствами.
В некоторых случаях пространство для статора вокруг ротора может быть ограничено и быть доступным только с одной стороны.Например, в тележках поездов с подвеской седельного типа можно разместить дополнительные конструкции на или в адаптере седла, в то время как конструкции, расположенные под осью, могут быть исключены из соображений безопасности и экстремальных условий окружающей среды.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение направлено на создание универсального узла генератора, пригодного для использования в ситуациях, когда количество или качество доступного пространства в различных радиальных направлениях вращающейся части неоднородно.
Изобретение относится к агрегату электрогенератора, включающему вращающуюся часть и невращающуюся часть, в частности к агрегату электрогенератора для использования в буксирной коробке поезда, в котором вращающаяся часть выполнена с возможностью установки на торцевой крышке.
Предлагается, чтобы вращающаяся часть включала как минимум один генераторный агрегат. Генератор предпочтительно является модульным и включает в себя, по меньшей мере, одну катушку, по меньшей мере, один постоянный магнит и два полюсных наконечника, поверхности полюсов которых обращены радиально наружу.Невращающаяся часть включает дугообразный седловой адаптер из ферромагнитного материала, расположенный с радиальным зазором по отношению к полюсным поверхностям. Седловой адаптер выполнен с возможностью замыкания магнитной цепи, проходящей через полюсные наконечники через катушку, по меньшей мере, в одном первом поворотном положении, когда седловой адаптер перекрывается с полюсными наконечниками генераторного блока, при этом магнитная цепь по меньшей мере частично размыкается, если адаптер седла не перекрывает или не перекрывает полностью оба полюсных наконечника.
Описанная выше конфигурация работает на основе принципа генератора переменного магнитного сопротивления, в котором колеблющееся магнитное поле магнитной цепи, периодически размыкаемой и замыкающейся, индуцирует колебательное напряжение в катушке каждого генераторного блока. Это колебательное напряжение можно использовать для приведения в действие электронных устройств, расположенных на вращающейся части, по желанию без внешнего источника питания.
В контексте изобретения выражение в форме дуги означает, что переходник седла простирается не по всей окружности, а только по ее определенной части, причем эта часть отличается от 0 ° и 360 ° по меньшей мере на угловой длина генераторной установки.то есть расстояние между средними точками или внешними краями поверхностей полюсов.
В частности, окружные длины генераторного блока и седлового переходника таковы, что существует по меньшей мере одно второе вращательное положение, в котором седловой переходник не перекрывается с полюсными наконечниками генераторного блока. В этой конфигурации магнитная цепь должна быть, по крайней мере, частично открыта, а магнитный поток будет значительно ниже. Следовательно, магнитный поток изменяется от минимального до максимального, когда вращающаяся часть поворачивается из второго положения вращения в первое положение вращения и наоборот.
В предпочтительном варианте осуществления узел электрогенератора содержит, по меньшей мере, первый и второй блоки генератора. При необходимости могут быть добавлены дополнительные блоки для увеличения выходной мощности. Предпочтительно блоки генераторов по существу идентичны друг другу и расположены рядом друг с другом в направлении по окружности.
Следовательно, существует риск утечки магнитного потока между блоками генератора, что может отрицательно повлиять на величину разницы между максимальным и минимальным магнитным потоком через катушку генератора, когда вращающаяся часть вращается из второго положения вращения в первое положение вращения. положение и наоборот.
Согласно дальнейшему развитию, эта проблема решается за счет того, что направление намагничивания соседних генераторных блоков имеет противоположную ориентацию. Другими словами, соседние полюсные наконечники соседних генераторных блоков имеют одинаковую магнитную полярность.
В дальнейшем развитии утечка магнитного потока дополнительно снижается за счет того, что дополнительный постоянный магнит расположен между соседними полюсными наконечниками, по меньшей мере, первого и второго генераторных блоков. Соответственно, направление намагничивания дополнительного постоянного магнита таково, что магнитный поток ориентирован в том же направлении, что и у соседних полюсных наконечников.Дополнительный постоянный магнит будет называться направляющим магнитом и имеет эффект отталкивания паразитного магнитного потока, чтобы направлять поток к седловому адаптеру.
В еще одном усовершенствованном варианте генератор энергии содержит, по меньшей мере, один шунтирующий магнит, который имеет эффект увеличения чистой разности магнитных потоков между максимумом и минимумом, когда генераторный блок вращается между первым и вторым положениями вращения. По меньшей мере, один шунтирующий магнит расположен рядом с по меньшей мере одним из генераторных блоков и выполнен с возможностью создания магнитного поля, ориентированного противоположно магнитному полю, создаваемому по меньшей мере одним генераторным блоком.Когда по меньшей мере один генераторный блок не находится под седельным адаптером, то есть в «открытом» первом положении вращения, шунтирующий магнит уменьшает чистый магнитный поток по меньшей мере одного генераторного блока. Магнитный поток может даже стать отрицательным. Когда блок генератора находится под седловым адаптером, то есть в «закрытом», втором положении вращения, шунтирующий магнит также уменьшает чистый магнитный поток. Однако уменьшение магнитного потока относительно меньше, когда блок находится в закрытом положении, что означает, что достигается большая разница между максимальным и минимальным магнитным потоком.Это улучшает выходную мощность генераторного агрегата.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения вращающаяся часть сконфигурирована для установки на торцевой крышке, сконфигурированной для удержания подшипника оси поезда, а переходник седла сконфигурирован для установки на боковой раме тележки поезда.
Если необходимо, вращающаяся часть содержит по меньшей мере один блок противовеса, сконфигурированный для компенсации дисбаланса, создаваемого расположением по меньшей мере двух смежных генераторных блоков.
Блок противовеса может сам содержать генераторный блок, имеющий по меньшей мере одну катушку, по меньшей мере один постоянный магнит и два полюсных наконечника, поверхности полюсов которых обращены радиально наружу.Например, вращающаяся часть энергогенерирующего агрегата может содержать первое генераторное устройство, имеющее один или несколько смежных по окружности генераторных блоков, и второе генераторное устройство, имеющее один или несколько смежных по окружности генераторных блоков, при этом второе генераторное устройство размещается с угловым интервалом от первого генераторного устройства, который выбирается для уравновешивания вращательной части вращающейся части.
Как будет понятно, масса и расположение других компонентов вращающейся части учитываются при определении углового положения узла противовеса.
В соответствии с еще одним усовершенствованием предлагается, чтобы адаптер седла содержал основную часть корпуса и, по меньшей мере, одну дополнительную деталь, сконфигурированную для увеличения площади поверхности адаптера седла и / или уменьшения воздушного зазора, предусмотренного между адаптером седла и полюсные башмаки. В случае буксы поезда основной корпус может быть интегрирован в седло или адаптер седла подвески тележки седельного типа.
В одном примере, по меньшей мере, одна дополнительная деталь содержит зубчатую радиально внутреннюю поверхность, так что между переходником седла и полюсными наконечниками обеспечивается переменный радиальный зазор.Это дает преимущество в увеличении изменения магнитного потока. В другом примере радиально внутренняя поверхность седлового адаптера непосредственно снабжена таким зубчатым профилем.
В изобретении также предлагается, чтобы вращающаяся часть включала в себя электронику сбора энергии, сконфигурированную для накопления энергии переменного тока, генерируемой колеблющимся магнитным полем, проходящим через катушки.
Кроме того, предлагается, чтобы вращающаяся часть включала в себя по меньшей мере один датчик контроля состояния и беспроводной передатчик, которые работают с использованием энергии, генерируемой по меньшей мере одним генераторным блоком.Датчик контроля состояния может быть датчиком температуры, датчиком вибрации или датчиком другого типа для контроля интересующего рабочего параметра.
В изобретении также предлагается, чтобы вращающаяся часть содержала устройство контроля сигналов для контроля выходного сигнала, по меньшей мере, от одного блока генератора. Соответственно, контролируется генерируемый сигнал напряжения. Сигнал обязательно имеет циклический характер и, таким образом, может использоваться для определения скорости вращения вращающейся части и, в случае оси поезда, линейного пройденного расстояния.
Также можно контролировать амплитуду сигнала. Амплитуда изменяется в зависимости от радиального зазора между полюсными наконечниками и радиально внутренней поверхностью переходника седла и от степени осевого перекрытия полюсных наконечников и упомянутой поверхности.
В случае оси поезда, содержащей первый и второй узел электрогенератора согласно изобретению на первом конце и втором конце оси соответственно, контролируемый сигнал напряжения от первого узла и второго узла может преимущественно быть по сравнению друг с другом.Компаратор сигналов может использоваться для сравнения первого выходного сигнала от первого узла со вторым выходным сигналом от второго узла для обнаружения бокового движения боковой рамы тележки. Если, например, оба сигнала показывают одинаковое изменение напряжения, это можно использовать для обнаружения бокового движения тележки поезда, которая составляет ось.
Еще один аспект изобретения относится к тележке поезда, включающей в себя узел электрогенератора в соответствии с изобретением.
Вышеупомянутые варианты осуществления изобретения, а также прилагаемая формула изобретения и фигуры показывают множество отличительных признаков изобретения в конкретных комбинациях. Специалист легко сможет рассмотреть дополнительные комбинации или субкомбинации этих признаков, чтобы адаптировать изобретение, как определено в формуле изобретения, к его конкретным потребностям.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ ЧЕРТЕЖА
РИС. 1 представляет собой схематический вид концевой части оси поезда, оснащенной агрегатом электрогенератора в соответствии с изобретением;
РИС.2A и 2B — схематические иллюстрации принципа работы узла электрогенератора;
РИС. 3А — схематическая иллюстрация узла генератора энергии, содержащего два соседних блока генератора с магнитными полями, ориентированными в одном направлении;
РИС. 3B — схематическая иллюстрация предпочтительного варианта осуществления изобретения, содержащего соседние блоки генератора с противоположно ориентированными магнитными полями;
РИС. 3С — схематическая иллюстрация еще одного варианта выполнения узла согласно изобретению; и
ФИГ.4A и 4B — схематические иллюстрации блока генератора еще одного варианта осуществления изобретения, показанного в первом и втором положениях вращения соответственно.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 представляет собой схематический вид концевой части оси поезда с наружными кольцами 10 a , 10 b двухрядного конического роликоподшипника, сконфигурированного для установки оси 12 в переходнике седельного типа. Видны 26 тележки поезда.
Торцевая крышка 14 крепится к торцу оси 12 с помощью трех болтов и предварительно нагружает разрезное внутреннее кольцо подшипника в осевом направлении. Вращающаяся часть , 16, , , силового агрегата согласно изобретению, предусмотрена на внешнем ободе торцевой крышки 14 . Внешний обод торцевой крышки 14 по существу разделен на две половины. Одна секция 16 c содержит электронику, а другая половина включает несколько генераторов 18 a — 18 d .В проиллюстрированном варианте осуществления предусмотрены четыре блока генератора 18 a — 18 d .
Узел электрогенератора включает вращающуюся часть 16 a и невращающуюся часть 16 b . Генераторы 18 a — 18 d имеют модульный тип и практически идентичны по конфигурации. Каждый из блоков генератора 18 a — 18 d включает в себя одну катушку 20 , расположенную между двумя постоянными магнитами 22 a , 22 b и первый и второй полюсные наконечники с полюсами поверхности 24 a , 24 b , обращенные радиально наружу каждая.В проиллюстрированном варианте осуществления первый и второй полюсные наконечники образованы первым и вторым постоянными магнитами 22 a , 22 b , которые расположены так, что первая поверхность полюса 24 a имеет первый полярность и поверхность второго полюса 24 b имеет противоположную полярность. Полюсные наконечники также могут быть образованы противоположными полюсами одного магнита.
Невращающаяся часть 16 b включает дугообразный седловой адаптер 26 из ферромагнитного материала, в частности железа, расположенный с радиальным зазором по отношению к поверхностям полюсов 24 a , 24 г.
Седловой адаптер сконфигурирован для замыкания магнитной цепи, проходящей через полюсные наконечники 22 a , 22 b через катушку во вращательном положении, где седловой адаптер 26 перекрывается с полюсными наконечниками 22 a , 22 b одного из блоков генератора 18 a — 18 d , при этом магнитная цепь хотя бы частично разомкнута, если седловой адаптер 26 не перекрываются или не перекрываются полностью с обоими полюсными наконечниками 22 a . 22 б.
Когда ось вращается, переходник седла 26, периодически проходит через генераторный блок 18, , , , так что магнитный поток будет периодически меняться. Колеблющееся магнитное поле магнитной цепи, которая периодически открывается и закрывается, индуцирует колебательное напряжение в катушке генераторного агрегата. Это колебательное напряжение может затем использоваться для приведения в действие электронных устройств, расположенных в секции , 16, , c, электроники, по желанию, без внешнего источника питания.
Окружные длины первого генераторного блока 18 a и седлового адаптера 26 таковы, что существует по крайней мере одно положение вращения, в котором седловой адаптер 26 не перекрывается с полюсными наконечниками 22 a , 22 b первого генераторного агрегата. В частности, окружная длина седлового адаптера 26 кратна окружной длине и шагу генераторных блоков 18 a — 18 d , так что они закрываются в первом поворотном положении и открыть во втором поворотном положении.
Принцип работы показан на фиг. 2A и 2B, на которых седловой адаптер 26 и первый генераторный блок 18, , и показаны без кривизны для простоты. ИНЖИР. 2A иллюстрирует случай, когда седловой адаптер 26, не перекрывается с полюсными башмаками 22 a , 22 b блока генератора. В основном магнитный поток проходит от северного полюса к южному полюсу каждого постоянного магнита 22 a , 22 b , как показано пунктирными линиями магнитного поля на втором полюсном наконечнике 22 b .Также может быть слабый магнитный поток, проходящий между двумя магнитами 22 a , 22 b и через катушку, как показано пунктирной линией, проходящей между поверхностями полюсов 24 a , 24 b генераторной установки 18 a.
При наличии ферромагнитного материала, т. Е. Когда седловой адаптер 26 перекрывается с полюсными наконечниками 22 a , 22 b блока генератора 18 a , большинство магнитного потока направляется через седельный адаптер , 26, , как показано пунктирными линиями на фиг.2B, и формируется магнитная цепь, которая заставляет сильный магнитный поток проходить через катушку. Стрелки 34 на ФИГ. 2B показано направление основной генерируемой магнитной цепи. Связанное магнитное поле будет называться полем генератора.
Когда два или более генераторов расположены рядом друг с другом, существует риск утечки магнитного потока между соседними блоками. Рассмотрим ситуацию, изображенную на фиг. 3A, на котором схематично показаны первый блок генератора 18, , a и второй блок генератора 18, b, ‘.Опять же, полюсные наконечники генераторных агрегатов образованы постоянными магнитами. Второй полюсный башмак 22 b первого генераторного блока 18 a и соседний первый полюсный башмак 22 a ‘второго генераторного блока имеют противоположную магнитную полярность. Пунктирные линии магнитного поля указывают магнитный поток, который создается между двумя блоками 18 a и 18 b ‘. Этот поток представляет собой утечку и будет генерироваться, когда блоки находятся в «открытом» первом поворотном положении и в «закрытом» втором поворотном положении.Следовательно, поток через катушку , 20, каждого блока генератора будет меньше, и изменение потока будет меньше, что приведет к снижению выработки энергии.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, в котором энергогенерирующий агрегат содержит, по меньшей мере, первый и второй генераторные блоки, утечка магнитного потока между соседними блоками уменьшается, как показано на фиг. 3B. Здесь второй полюсный башмак 22 b первого генераторного блока 18 a и соседний первый полюсный башмак 22 a второго генераторного блока 18 b имеют одинаковые магнитные полярность.Следовательно, избегается создание магнитной цепи между соседними блоками. Некоторый магнитный поток все еще генерируется между северным и южным полюсами каждого постоянного магнита, что представляет собой утечку потока внутри каждого блока генератора 18 a , 18 b.
В дальнейшем развитии изобретения генератор энергии содержит направляющий магнит, расположенный между соседними полюсными наконечниками 22 b , 22 a по меньшей мере одного набора соседних генераторных агрегатов 18 а , 18 б .Действие направляющего магнита 28 показано на фиг. 3C, где первый и второй блоки 18 a , 18 b показаны в ситуации, когда оба находятся под переходником седла 26 . Направляющий магнит , 28, намагничивается в том же направлении, что и соседние полюсные наконечники первого и второго генераторных блоков. В результате «паразитный» магнитный поток направляется через седловой адаптер и через катушку 20, каждого блока, чтобы усилить желаемую магнитную цепь и поле генератора каждого генератора.Предпочтительно, направляющий магнит , 28, расположен между каждым набором соседних генераторных блоков, как показано на фиг. 1.
В еще одном усовершенствовании изобретения, по меньшей мере, один генераторный блок содержит шунтирующий магнит, который имеет эффект повышения энергоэффективности блока. Это будет объяснено со ссылкой на фиг. 2A, 2B, 4A и 4B.
Выходная мощность блока генератора 18 a зависит от величины изменения магнитного потока, когда блок вращается между первым и вторым положениями вращения.В первом положении вращения, как показано на фиг. 2А, слабый поток 41 проходит между полюсными наконечниками 22 a , 22 b и через катушку 20 . Гораздо более сильный поток 42 проходит между полюсными наконечниками 22 a . 22 b и через катушку 20 во втором положении вращения, как показано на фиг. 2Б. Это вызывает первое изменение магнитного потока ΔΦ 1 , в результате чего ΔΦ 1 = Φ 2 -Φ 1 .
В варианте осуществления, изображенном на фиг. 4A и 4B, генераторный блок содержит первый и второй шунтирующие магниты 30, , и . 30 b , расположенные радиально внутрь первой и второй полюсных башмаков 22 a , 22 b соответственно и радиально наружу от торцевой крышки 14 . Помимо шунтирующих магнитов, блок, показанный на фиг. 4A и 4B идентичны фиг. 2А и 2Б. Шунтирующие магниты 30 a , 30 b и торцевая крышка 14 , которая сделана из ферромагнитного материала, образуют магнитную цепь, в результате чего связанный поток, проходящий через катушку, будет называться шунтирующий поток и представлен стрелками 32 на фиг.4А. Поток, проходящий между полюсными наконечниками 22 a , 22 b и через катушку 20 , показанный стрелками 33 , будет называться потоком генератора. Шунтирующий поток направлен противоположно потоку генератора, и в первом открытом положении, показанном на фиг. 4А, сильнее магнитного потока генератора. Таким образом, чистый магнитный поток Φ 3 относительно слабее и может даже быть отрицательным по сравнению с потоком Φ 1 конфигурации, показанной на фиг.2А.
В закрытом положении, показанном на РИС. 4B, магнитный поток генератора, показанный стрелками 34 , значительно сильнее, чем в открытом положении. Противоположно ориентированный шунтирующий поток взаимодействует с потоком генератора так, что чистый поток 44 проходит через катушку 20 . Чистый поток Φ 4 меньше, чем начальный поток Φ 2 , генерируемый на фиг. Конфигурация 2B; однако это уменьшение относительно меньше по сравнению с уменьшением открытой позиции.Это особенно верно, когда начальный поток Φ 2 приведет к насыщению. Следовательно, результирующее изменение магнитного потока ΔΦ 2 , определяемое Φ 4 -Φ 3 , больше, чем изменение потока ΔΦ 1 для конфигурации без шунтирующих магнитов, что приводит к улучшенной выходной мощности.
Дополнительные варианты осуществления изобретения включают случаи, когда вращающаяся часть содержит по меньшей мере один блок противовеса, сконфигурированный для компенсации дисбаланса, создаваемого расположением блоков генератора 18 a — 18 d .Кроме того, седловой адаптер 26 может включать в себя основную часть корпуса 26 a и по меньшей мере одну дополнительную деталь 26 b , сконфигурированную для увеличения площади поверхности седлового адаптера 26 и / или уменьшения воздушный зазор между переходником седла 26 и полюсными башмаками 22 a , 22 b.
Блок электроники 16 c вращающейся части 16 a включает в себя электронику сбора энергии, сконфигурированную для накопления энергии переменного тока, генерируемой колеблющимся магнитным полем, проходящим через катушки, и по меньшей мере один датчик контроля состояния, такой как датчик температуры, датчик акустической эмиссии или датчик вибрации для измерения рабочих параметров подшипника и / или оси.Кроме того, блок электроники включает в себя беспроводной передатчик, который может работать с использованием энергии, полученной за счет мощности, генерируемой блоками генератора 18 a — 18 d.
Глоссарий терминов по гидроэнергетике | Министерство энергетики
Глоссарий по гидроэнергетике Министерства энергетики США содержит определения технических терминов, связанных с гидроэнергетикой. Посетите «Основы гидроэнергетики», чтобы узнать больше о возобновляемых источниках энергии и типах гидроэлектростанций, чтобы просмотреть иллюстрации гидроэлектростанций.
Условия использования гидроэнергетики
Примечание. Многие из этих терминов широко используются в энергетических секторах, а определения, перечисленные ниже, относятся конкретно к их использованию в гидроэнергетике.
Технология регулируемой скорости : В гидроэнергетике относится к машинам, которые имеют возможность изменять потребляемую (насосы) или генерируемую (турбины) мощность, что обеспечивает большую гибкость.
Вспомогательные услуги : Услуги в области мощности и энергии (e.g., не вращающийся рабочий резерв, поддержка частоты, поддержка напряжения), предоставляемые электростанциями, которые могут реагировать в короткие сроки, например гидроэлектростанциями, и используются для обеспечения стабильной поставки электроэнергии и оптимальной надежности сети. Также называемые сетевыми услугами.
Балансирующий орган : Организация, ответственная за предварительную интеграцию планов ресурсов, поддержание баланса нагрузки-обмена-генерации в области балансировки и поддержку частоты межсоединений в режиме реального времени.
Базовая нагрузка : Минимальная потребность в энергии в данной энергосистеме за определенный период времени.
Масштаб бассейна : Включает деятельность, которая осуществляется на территории, осушаемой рекой и ее притоками.
Биоразнообразие : разнообразие жизни в мире, в определенной среде обитания или экосистеме.
Биогенный : Производится или вызывается живыми организмами
Биологически обоснованное проектирование : Проектирование гидроэнергетического оборудования, такого как турбины, с учетом его прямого или косвенного биологического воздействия на рыб и другие водные виды.
Черный старт : Процесс восстановления электростанции для работы без использования внешней сети передачи электроэнергии.
Основная мощность : Электроэнергия от генерирующих объектов, необходимая для поддержания надежности системы передачи.
Обводной участок : Участок естественного водного пути между водозабором и отводом, где весь поток обычно исходит из водосброса.
Коэффициент мощности (нетто) : Отношение фактической мощности электростанции за период времени к ее потенциальной мощности, если бы она могла непрерывно работать с полной номинальной мощностью в течение того же периода времени.
Кавитация : Явление, которое влияет на гидроэнергетические турбины, когда пузырьки пара образуются и взрываются из-за быстрых изменений давления, генерируя ударные волны, которые создают полости на поверхности металла.
Общестроительные работы : Инфраструктура гидроэнергетического проекта, такая как плотины, водоводы, электростанции, туннели и водозаборники.
Закрытая гидроаккумулирующая гидроаккумулирующая станция : Состоит из двух резервуаров, которые не связаны с естественными источниками воды.
Техническое обслуживание по состоянию : Программа технического обслуживания, которая рекомендует действия по техническому обслуживанию на основе информации, полученной в результате мониторинга оборудования в течение его жизненного цикла.
Трубопровод : Искусственное сооружение для транспортировки воды, такое как каналы, туннели и / или трубопроводы.
Управляющий вентиль : барьер, регулирующий сброс воды из резервуара в энергоблок.
Критическая инфраструктура : Активы, которые считаются жизненно важными для энергетики, экономики, здоровья и / или безопасности в Соединенных Штатах, такие как резервуары для водоснабжения и борьбы с наводнениями, плотины для производства электроэнергии и сеть электропередач. .
Сокращение : Снижение выработки (линейное снижение или останов), которое является ответом генерирующего блока на запрос оператора сети или на рыночные сигналы.
Возможности Cyber-суррогата : Системы, предназначенные для помощи в выявлении вторжений в сеть гидроэнергетики путем оценки подозрительного сетевого трафика или несоответствий в системных сигналах / работе.
Денитрификация : Уменьшение растворенного атмосферного азота в резервуаре.
Оцифровка : перевод аналоговых систем в цифровые системы управления не только решает традиционные проблемы гидроэнергетики, но также открывает доступ к новому диапазону возможностей для отрасли.
Цифровизация : Как переведенные цифровые системы управления (см .: оцифровка) используются для изменения методов ведения бизнеса и фундаментального улучшения работы гидроэлектростанций.
Цифровая трансформация : применение цифровых возможностей не только для решения традиционных задач гидроэнергетики, но и открывает доступ к новому диапазону возможностей для отрасли.
Диспетчерская : Работа генерирующего блока в энергосистеме на заданном уровне мощности для удовлетворения спроса на электроэнергию.
Распределенная генерация : Небольшие подключенные к сети системы генерации энергии, расположенные рядом с нагрузкой, которую они обслуживают.
Водозабор : Сооружение, которое направляет часть реки через канал или водозабор.
Вытяжная труба : водовод, который может быть прямым или изогнутым в зависимости от турбинной установки, который поддерживает столб воды на выходе из турбины и нижний уровень воды.
Экономическая диспетчеризация : Работа генерирующего блока в энергосистеме на заданном уровне мощности для удовлетворения спроса на электроэнергию и выработки энергии с минимально возможными затратами.
Потребление электроэнергии : Скорость потребления электроэнергии в данный момент или усредненная за определенный период времени.
Производство электроэнергии : Количество электроэнергии, производимой генератором за определенный период времени.
Энергетический арбитраж : Покупка (хранение) энергии при низких ценах на электроэнергию и продажа (выдача) энергии при высоких ценах на электроэнергию.
Услуги по энергетическому дисбалансу (резервы) : Рыночная услуга, предоставляемая для управления незапланированными отклонениями в выходной мощности отдельных генераторов или потреблении нагрузки.
Унос : Принудительный проход рыбы в воде, текущей в турбину или забор охлаждающей воды на электростанции.
Экологические потоки : Потоки, необходимые для защиты природных, культурных и рекреационных ресурсов.
Рыболовный трап : Транспортная конструкция для безопасного прохода рыбы вверх по течению вокруг гидроэнергетических объектов.
Конструкция прохода для рыбы : Конструкция на плотине или вокруг нее для облегчения передвижения мигрирующих рыб.
Техника с фиксированной частотой вращения : Насосные и турбинные агрегаты, работающие с постоянной частотой вращения.
Гибкость : способность энергосистемы или отдельного блока быстро реагировать на изменения в предложении и / или спросе.
Расход : Объем воды, выраженный в кубических футах или кубических метрах в секунду, проходящий через точку за заданный промежуток времени.
Режим потока : величина, продолжительность, время, сезонность и скорость изменения стока на естественном водном пути.
Forebay : Водохранилище или водохранилище непосредственно над плотиной или водозаборным сооружением на гидроэлектростанции.
Регулирование частоты : Усилия балансирующего органа для поддержания запланированной частоты в сети.
Частотная характеристика : способность генерации увеличивать и уменьшать выходную мощность для поддержания системной частоты
Генератор : Устройство, преобразующее энергию вращения турбины в электрическую энергию.
Сеть : Система передачи и распределения электроэнергии.
Потеря напора : Потеря энергии в виде потока воды, движущегося из верховьев в нижние воды плотины, испытывает трение из-за таких факторов, как турбины, клапаны и турбулентность.
Исток : уровень воды над электростанцией или на верхнем течении плотины.
Гидравлический напор : Мера давления жидкости, выражаемая высотой водяного столба, которая представляет собой полную энергию воды.
Гидроакустика : Подводный звук; также технология для мониторинга прохода, численности и распределения рыбы.
Гидрологический цикл : Естественный водный цикл Земли включает процессы испарения, конденсации, выпадения осадков, перехвата, инфильтрации, просачивания, транспирации, стока и накопления.
Hydropeaking : периодические выбросы воды через турбины для удовлетворения пиковых потребностей в энергии, которые вызывают колебания потока воды ниже по потоку.
Гидроэнергетика : использование проточной воды — с помощью плотины или другого типа водозаборного сооружения — для создания энергии, которая может быть уловлена через турбину для выработки электроэнергии. Также называется гидроэлектростанцией.
Водохранилище : Водоем, образованный сооружением, препятствующим потоку, например плотиной.
Независимый производитель электроэнергии : Любая организация, которая владеет или управляет электростанциями, которые не включены в тарифную базу коммунального предприятия.
Независимый системный оператор : Организация, которая координирует, контролирует и отслеживает работу электроэнергетической системы в указанном географическом регионе.
Впуск : Конструкция, отводящая воду из естественного водотока в турбину.
Межсетевое соединение : Основные точки в электрической сети США, где крупные региональные сети соединяются друг с другом.
Нагрузка : Количество электроэнергии, поставляемой или требуемой в любой конкретной точке или точках системы.
Отслеживание нагрузки, переключение нагрузки : Способность гидроэлектростанции регулировать выходную мощность при изменении спроса на электроэнергию в течение дня.
Резервы слежения за нагрузкой : Дополнительная мощность, доступная для адаптации к изменчивости и неопределенности нагрузки.
Морские и гидрокинетические технологии : Устройства, улавливающие энергию волн, приливов, океанских течений, естественного течения воды в реках и морских термальных градиентов — эти устройства также широко называются технологиями морской энергии или морских возобновляемых источников энергии.Как правило, в этих технологиях не используются гидравлические напоры как часть подхода к захвату мощности.
Модернизация : относится к модернизации или добавлению новых возможностей гидроэнергетической системы.
Паспортная мощность (установленная) : Максимальная номинальная мощность генератора или другого оборудования для производства электроэнергии при определенных условиях, указанных производителем.
Новый участок реки : Обозначает водные пути, которые не были разработаны для гидроэнергетики — также называемые участками с нуля.
Плотины без механизации : Плотины, на которых не установлено оборудование для выработки электроэнергии.
Не вращающиеся операционные резервы : Дополнительная мощность, которая не подключена к системе, но может быть предоставлена для удовлетворения спроса в течение определенного времени. Также известен как дополнительные резервы.
Открытая гидроаккумулирующая гидроаккумулирующая система : Состоит из двух резервуаров, которые постоянно подключены к естественным источникам воды.
Пиковое значение : Рабочий режим, при котором мощность вырабатывается только в периоды пикового потребления.
Пиковая электростанция : Электростанции, работающие для того, чтобы помочь сбалансировать колеблющуюся потребность электросети.
Проникновение : Доля энергии, произведенной отдельными источниками энергии (такими как ветер и солнце) по сравнению с общей выработкой.
Напорный вал : Закрытый водовод или труба для отвода воды от форпоста к турбинам в здании электростанции.
Мощность : скорость производства или потребления энергии; электрическая мощность — это скорость, с которой электрическая энергия передается по электрической цепи.
Электростанция : Строение, в котором размещаются генераторы и турбины на гидроэнергетическом объекте.
Практический ресурс : Часть технического ресурса, доступная при учете других ограничений, включая экономические, экологические и нормативные.
Гидроэлектростанция с гидроаккумулятором (PSH) : Тип гидроэнергетического проекта, в котором энергия может накапливаться и генерироваться путем перемещения воды между двумя резервуарами на разной высоте.
Квалифицированный гидроэнергетический объект : Объект, принадлежащий или полностью управляемый нефедеральной организацией, производящей гидроэлектроэнергию для продажи и добавляемой к существующей плотине или водоводу.
Скорость линейного изменения : Скорость, с которой потоки из электростанции в нижний бьеф и вниз по течению в естественный водный путь увеличиваются или уменьшаются.
Возможность линейного изменения : Способность электростанции изменять свою мощность с течением времени.
Реактивное питание : Часть электроэнергии, которая должна поддерживать электрические и магнитные поля оборудования переменного тока (AC), такого как трансформаторы.
Региональный оператор передачи данных : Организации, ответственные за перемещение и мониторинг электроэнергии на определенных межгосударственных территориях. Подобно независимым системным операторам, которые координируют, контролируют и контролируют работу электроэнергетической системы в указанном географическом регионе.
Регулирующие резервы : Доступная мощность для предоставления услуг быстрой балансировки в реальном времени.
Реконструкция : Процесс расширения, модернизации и повышения эффективности существующих гидроэнергетических объектов.
Период повторного лицензирования : Период, в течение которого лицензиат гидроэнергетики должен подать уведомление о намерении заявить, намеревается ли лицензиат получить новую лицензию для своего проекта (по крайней мере, за 5 лет до истечения срока лицензии) и в течение которого лицензиат должен фактически подать заявление на новую лицензию (минимум за 2 года до истечения срока действия лицензии).
Регулирующий резервуар : Резервуар, расположенный ниже по потоку от гидроэлектростанции, способный хранить колеблющиеся сбросы и сбрасывать их в соответствии с потребностями окружающей среды.
Водохранилище : Водоем, который скапливается за плотиной. См. Также арест.
Ресурсный потенциал : количество энергии, которое может быть произведено из определенного ресурса; см. также теоретический, технический и практический потенциал.
Ротор : вращающаяся внутренняя часть генератора, состоящая из ряда обмоток, окружающих полюса поля.
Неровная зона : Часть диапазона между минимальной и максимальной производительностью, которой следует избегать из-за ухудшающих воздействий на заводское оборудование, e.г., из-за вибрации.
Сток : Осадки, таяние снегов, таяние ледников или оросительная вода, которая попадает в неконтролируемые поверхностные водотоки, реки, стоки или коллекторы.
Runner : Вращающаяся часть турбины, преобразующая энергию падающей воды в механическую энергию.
Русло реки : Тип гидроэнергетического проекта, в котором имеются ограниченные водохранилища и вода сбрасывается примерно с той же скоростью, что и естественный сток реки.
Лосось : Любая из различных рыб семейства лососевых, включая лосося, форель, хариуса и сига.
Аэрирующие турбины : Турбины, в которых используется низкое давление, создаваемое потоками, выходящими из турбины, для создания дополнительных воздушных потоков.
Водосброс : сооружение, используемое для выпуска стоков из плотины в зону ниже по течению.
Пневматические резервы : Дополнительная, быстро доступная мощность, доступная в генерирующих установках, которые работают на уровне ниже своих возможностей.
Хранение : Хранение воды в резервуаре в периоды высокого притока, которое впоследствии может быть использовано для выработки электроэнергии.
Устойчивая гидроэнергетика; устойчивость : Для гидроэнергетики — проект или взаимосвязанные проекты, которые размещены, спроектированы, построены и эксплуатируются таким образом, чтобы сбалансировать социальные, экологические и экономические цели в различных географических масштабах (например, национальный, региональный, бассейновый, территориальный) и интернализировать все социальные , экологические и экономические выгоды и затраты таким образом, чтобы обеспечить долгосрочную чистую выгоду для государственных владельцев ресурса.
Tailrace : канал, по которому вода уносится от плотины.
Боковая вода : Вода непосредственно ниже по течению от электростанции или плотины.
Технический ресурс : Часть теоретического ресурса, которая может быть получена с помощью определенной технологии.
Теоретический ресурс : Гипотетически доступное среднегодовое количество физической энергии.
Трансформатор : Устройство для изменения переменного тока (AC) на более высокие или более низкие напряжения.
Передача : Передача электроэнергии от генерирующих объектов в местные распределительные системы.
Мутность : Мера относительной прозрачности жидкости, обычно используемая в качестве меры качества воды.
Турбина : машина, вырабатывающая энергию, в которой колесо или ротор вращается за счет быстро движущегося потока воды.
Переменный возобновляемый источник энергии : возобновляемый источник энергии, который колеблется из-за естественных обстоятельств, не контролируемых оператором, таких как ветер и солнце.
Водораздел : Земля, через которую вода течет или под ней на пути к ручью, реке, озеру или океану.
Водослив : барьер, построенный через ручей или реку для изменения характеристик потока.
Оптовый рынок электроэнергии : Тип рынка, на котором любой субъект, который может производить электроэнергию и подключаться к сети, может конкурировать за продажу своей электроэнергии; Расположение таких и тех, кто участвует, варьируется в зависимости от региона.
Калитка : Регулируемые элементы, регулирующие поток воды к турбине.
вращающихся машин | Инструменты для экзамена Power PE
Синхронные машины
Синхронная машина — это машина, которая вращается с той же частотой, что и переменный ток. Эта частота называется синхронизирующей частотой, и в США она составляет 60 Гц. Индукционная машина вращается с частотой немного меньшей, чем эта синхронная частота.
В этом разделе основное внимание уделяется синхронным машинам, а в следующем разделе — асинхронным машинам.
И синхронные машины, и асинхронные машины затем можно разделить на два основных типа машин: (1) Генератор и (2) Двигатель.
- Генератор: Генератор использует механическую энергию вращения для производства электрической энергии переменного тока.
- Двигатель: Двигатели используют электрическую энергию переменного тока для производства механической энергии в форме вращения.
Эти два типа машин более подробно рассматриваются в этом разделе, но сначала вы должны понять общую конструкцию синхронной машины.
Строительство
Вращающаяся машина состоит из четырех основных частей.
- Механический статор: Статор является неподвижной частью синхронной машины.
- Обмотка электрического поля: Обмотка — это еще один термин для обозначения электрической катушки. Поле относится к вращающейся составляющей магнитного поля. В двигателе на статор подается трехфазный переменный ток, который создает вращающееся магнитное поле, а в генераторе ротор вращается для создания вращающегося магнитного поля.
- Механический ротор: Ротор — это вращающаяся часть синхронной машины.
- Обмотка электрического якоря: Якорь относится к компонентам, производящим ток. В двигателе обмотка якоря в роторе получает магнитное поле от статора, которое генерирует электричество в обмотке якоря, вращающей ротор. В генераторе ротор вращается, чтобы создать вращающееся магнитное поле, которое генерирует ток в обмотке якоря, расположенной в статоре.
Синхронная скорость
Синхронная скорость вращающейся машины определяется уравнением ниже.
На практике скорость двигателей обычно составляет 1800 об / мин, а некоторые двигатели развивают скорость до 3600 об / мин. Часто желательна более низкая скорость из-за меньшего износа двигателя из-за меньшего числа оборотов. Генераторы также работают по тому же принципу и могут изменять скорость от 3600 об / мин до 360 об / мин и ниже.В следующей таблице показана соответствующая синхронная скорость в оборотах в минуту в зависимости от количества полюсов и частоты. Обратите внимание, что количество полюсов всегда будет четным, поскольку всегда должны быть северный полюс и соответствующий южный полюс.
Синхронный генератор
Генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Механическая энергия используется для вращения ротора генератора, который, в свою очередь, генерирует энергию через статор.Для этого через обмотки ротора протекает постоянный ток, известный как ток поля, для создания магнитного поля. Механическая энергия или первичный двигатель используется для вращения ротора. Первичным двигателем может быть турбина, которая вращается за счет пара, топлива или гидроэнергии. Когда магнитное поле в роторе вращается внутри статора, переменное напряжение и ток якоря индуцируются в обмотках статора, производя переменный ток.
Ток возбуждения влияет на величину напряжения, а скорость ротора влияет на фазовый угол напряжения.
Схема эквивалентаНа следующем рисунке показана эквивалентная схема синхронного генератора. Понимание эквивалентной схемы и векторных диаграмм, представляющих схему для конкретной системы, поможет вам решить большинство вопросов о генераторах. Начнем с общей схемы замещения. Схема представляет собой ротор и статор генератора, которые разделены воздушным зазором, в котором магнитный поток индуцируется от ротора к статору.
Ротор: Постоянный ток возбуждения подается на клеммы F1 и F2 на роторе. Ток возбуждения протекает через внутреннее сопротивление (R) и индуктивность (XL) катушки ротора. Внутри сопротивления находится регулируемый резистор, который используется для изменения тока возбуждения.
Статор: Магнитный поток, создаваемый ротором, индуцирует напряжение (EA) на статоре. Это напряжение генератора, также известное как внутреннее напряжение.Ток якоря (IA) — это ток, протекающий внутри генератора на статоре. На статоре возникает падение напряжения из-за реактивного сопротивления и сопротивления якоря. Сопротивление якоря обычно невелико. Результирующее напряжение на клеммах (VT) можно представить как напряжение на проводах, выходящих из генератора.
Вопросы о синхронном генераторе включают поиск одной из переменных в приведенном ниже уравнении.
В синхронном генераторе есть два типа условий нагрузки, которые вы должны понимать: (1) отстающие и опережающие нагрузки.Как ранее обсуждалось в других разделах, отставание и опережение относятся к току на векторной диаграмме. В следующих разделах вы шаг за шагом рассмотрите векторную диаграмму для этих двух условий и, в конечном итоге, как применить приведенное выше уравнение.
Синхронный генератор — опережающий коэффициент мощности
В этом состоянии ток опережает напряжение. Когда коэффициент мощности опережает, говорят, что генератор недовозбужден, когда реальная составляющая напряжения генератора (EA) меньше, чем напряжение на клеммах.В этой ситуации генератор получает реактивную мощность от системы, аналогично катушке индуктивности, то есть реактивная мощность отрицательна. В нормальных условиях реальная мощность всегда поступает от генератора. Смотрите векторную диаграмму для более подробной информации.
Информация, представленная на этом веб-сайте, представляет собой образец материала, представленного в техническом руководстве и образце экзамена. Посетите МАГАЗИН, чтобы купить продукты для продолжения на Синхронных машинах, включая следующие темы:
- Цепь, эквивалентная опережающему коэффициенту мощности синхронного генератора
- Эквивалентная схема коэффициента мощности синхронного генератора с запаздыванием
Какая часть генератора переменного тока является вращающимся магнитным полем? — MVOrganizing
Какая часть генератора переменного тока является вращающимся магнитным полем?
ротор
Как называется вращающаяся часть мотора?
Обычный щеточный двигатель постоянного тока состоит в основном из двух частей: неподвижного корпуса двигателя, называемого статором, и внутренней части, которая вращается, создавая движение, называемое ротором или «якорем» для машин постоянного тока.
Что такое обмотка возбуждения и якоря?
Поле синхронного генератора — это обмотка, к которой приложен постоянный ток возбуждения. Якорь — это обмотка, к которой подключена нагрузка. В небольших генераторах обмотки возбуждения часто находятся на статоре, а обмотки якоря — на роторе.
Как в генераторе создается вращающееся магнитное поле?
Обычно вращающийся магнит, называемый ротором, вращается внутри стационарного набора проводников, намотанных катушками на железном сердечнике, называемом статором.Поле пересекает проводники, создавая наведенную ЭДС (электродвижущую силу), поскольку механическое воздействие заставляет ротор вращаться.
Как работает вращающееся магнитное поле?
Вращающееся магнитное поле может быть создано с использованием двух ортогональных катушек с разностью фаз на 90 градусов в их переменных токах. В этих двигателях короткозамкнутые витки ротора создают вихревые токи во вращающемся поле статора, которые, в свою очередь, перемещают ротор под действием силы Лоренца.
Как узнать, что мой генератор неисправен?
7 признаков неисправности генератора
- Тусклый или слишком яркий свет.
- Батарея разряжена.
- Медленно работающие или неисправные аксессуары.
- Проблемы с запуском или частые остановки.
- Рычание или нытье.
- Запах горящей резины или проводов.
- Контрольная лампа аккумулятора на приборной панели.
Как долго машина будет работать с неисправным генератором?
7 лет
Как узнать, аккумулятор это или генератор?
Однако очень простой способ проверить, работает ли генератор, — запустить автомобиль и отсоединить положительный полюс аккумулятора.Если автомобиль перестает работать, вероятно, у вас неисправный генератор. Вы также можете осмотреть внутреннее освещение и освещение приборной панели.
Почему моя машина продолжает умирать после того, как я прыгну с нее?
Если вы заводите машину от рывка, и она заводится, но двигатель глохнет сразу после прыжка, то, скорее всего, это генератор переменного тока. (Примечание: не пытайтесь проверить генератор, отсоединив отрицательный кабель аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Это может привести к повреждению электрических систем вашего автомобиля или грузовика).
Можно ли проверить генератор, не снимая его?
Многие магазины автозапчастей тестируют генераторы, стартеры и аккумуляторы бесплатно, хотя вам придется снять генератор, чтобы проверить его в магазине автозапчастей.После подключения к клемме генератор должен проверять напряжение от 12 до 13,5 В.
Что происходит, если генератор выходит из строя во время движения?
Если проблема в неисправном генераторе, ваша машина будет постепенно терять мощность. Вы будете ехать по дороге, ваши огни потускнеют, вы потеряете мощность и умрете. Как только генератор перестает работать, перестают работать все электрические системы, необходимые для поддержания работы автомобиля. Другие проблемы также могут привести к тому, что автомобиль не заведется.
Может ли генератор умереть во время движения?
Да, генератор может случайно выйти из строя в любой момент, в том числе во время движения.К счастью, есть компоненты и похуже, которые могут выйти из строя во время движения, чем генератор.
Что может вызвать отказ генератора?
Неисправные диоды — частая причина выхода из строя генератора. Диоды являются частью выпрямительного узла, который преобразует выход переменного тока генератора переменного тока в постоянный. Негерметичный диод также может позволить току утечки из аккумулятора через генератор, когда автомобиль не находится в движении.
Может ли аккумулятор разрядиться во время движения?
Многие люди задаются вопросом, может ли автомобильный аккумулятор разрядиться во время вождения, особенно после того, как их автомобильный аккумулятор разрядился во время вождения.Очевидно, ответ — «Да, автомобильный аккумулятор может умереть во время движения». Хороший автомобильный завод или аккумулятор двойного назначения не должны разрядиться во время вождения, но, хотя это редкое событие, такое случается.
Может ли автомобильный аккумулятор разрядиться во время вождения?
Ответ: Да, автомобильный аккумулятор может умереть во время движения. Для этого есть несколько причин, например, чтобы свет оставался включенным, электрические неисправности, слабое состояние, неплотное соединение аккумулятора, неисправность диода генератора переменного тока, человеческая ошибка, плохая проблема с зарядкой, вздутие корпусов аккумуляторных батарей. , так далее.
Почему моя машина внезапно теряет мощность во время движения?
Есть много причин, по которым ваш автомобиль может терять мощность, особенно при ускорении. Вот некоторые из этих распространенных причин: Механические проблемы, такие как: низкая компрессия, забитый топливный фильтр, грязный воздушный фильтр, забит выпускной коллектор. Неисправности исполнительных механизмов, такие как: неисправные форсунки, неисправный топливный насос, неисправные свечи зажигания.
Что произойдет, если аккумулятор отключится во время движения?
Если вы отсоедините аккумулятор, произойдет скачок напряжения от генератора, который затем отправит более 14 вольт на всю электронику в автомобиле.Это может повредить эти электронные компоненты. Ваша батарея не просто обеспечивает электрический ток. Он также замыкает на землю переменный ток, шипы и переходные процессы.
Будет ли машина работать, если отсоединить аккумулятор?
Теоретически, если ваш генератор обеспечивает достаточную мощность для автомобиля во время зарядки аккумулятора, то после запуска автомобиля отсоединение аккумулятора не должно приводить к остановке двигателя. …
Может ли автомобиль работать без аккумулятора после запуска?
Дополнительное напряжение, которое генерирует генератор, необходимо для того, чтобы аккумулятор мог полностью зарядиться во время разряда, но если аккумулятора нет, то генератор может отправить отключаемую мощность на электрические компоненты, которые в них нуждаются.Итак, да, вы можете управлять бегущей машиной без аккумулятора.
Как я узнаю, что генератор отсоединяет мою батарею?
Признаки неисправности генератора
- Ваш предупреждающий индикатор загорится. Это первый и главный признак неисправности генератора.
- Фары начнут мигать.
- Все электрические компоненты начнут работать некорректно.
- Ваш автомобиль заглохнет, если генератор выйдет из строя.
- Ваша батарея разрядится.
Какой кабель аккумуляторной батареи вы отсоединяете, чтобы проверить генератор?
Методика проверки генератора переменного тока — факт или вымысел?
- Включите автомобиль.
- Во время работы осторожно отсоедините один из выводов аккумулятора 12 В.
- Посмотрите, продолжает ли автомобиль двигаться. Если автомобиль продолжает работать, генератор работает. Если автомобиль прекращает движение, генератор не работает.
Может ли плохое заземление привести к тому, что генератор не будет заряжаться?
Плохое заземление — это часто игнорируемая причина низкой мощности зарядки и отказа генератора.Проверьте наличие падений напряжения на соединениях положительного и отрицательного проводов аккумуляторной батареи, силовом соединении BAT + генератора и заземляющей ленте (а) двигателя. Падение напряжения на отрицательной стороне может вызвать перезарядку.
Как AutoZone проверяет генератор?
Мы можем провести тест зарядки на стоянке, который проверит аккумулятор и определит, правильно ли заряжается ваша система. Этот тест может не определить, неисправен ли генератор, но вы также можете снять генератор с вашего автомобиля и протестировать его в ближайшем магазине автозапчастей AutoZone.
Насколько точен тест генератора AutoZone?
Перед тем, как отправиться в ремонтную мастерскую, по дороге домой заехал в Автозону. Через 5 минут они подключили свое оборудование и проверили заряд аккумулятора. Они сообщили, что генератор поджаренный — подтвердили это в ремонтной мастерской на следующий день. Короткий ответ — да, они точны.
Как поддерживать генератор в исправном состоянии?
3 совета по поддержанию генератора в отличном состоянии
- Выберите правильный ремень. Один из ключей к продлению срока службы генератора переменного тока — проверка ремня.
- Удалите грязь, пыль или мусор: Двигатель с оптимальными характеристиками — это тот, который не нагревается.
- Держите его выровненным: толкнувшись на проезжей части, шкивы в автомобиле могут легко перекоситься.
Каков средний срок службы генератора переменного тока?
около 150 000 миль
Генераторы постоянного тока (часть первая)
Теория работы
При исследовании переменного тока были введены основные принципы генерации переменного тока для объяснения генерации переменного напряжения катушкой, вращающейся в магнитном поле.Поскольку это основа для всей работы генератора, необходимо пересмотреть принципы производства электроэнергии.
Когда силовые линии магнитного поля перерезаются проводником, проходящим через них, в проводнике индуцируется напряжение. Сила индуцированного напряжения зависит от скорости проводника и силы магнитного поля. Если концы проводника соединены, чтобы сформировать полную цепь, в проводнике индуцируется ток. Проводник и магнитное поле составляют элементарный генератор.
Этот простой генератор показан на рис. 12-269 вместе с компонентами схемы внешнего генератора, которые собирают и используют энергию, произведенную простым генератором. Проволочная петля [Рис. 12-269A и B] предназначена для вращения в магнитном поле.
Рисунок 12-269. Создание максимального напряжения в простейшем генераторе.Когда плоскость проволочной петли параллельна силовым магнитным линиям, индуцированное в петле напряжение заставляет ток течь в направлении, указанном стрелками на рисунке 12-269.Напряжение, индуцируемое в этом положении, является максимальным, поскольку провода пересекают силовые линии под прямым углом, таким образом, сокращая больше силовых линий в секунду, чем в любом другом положении относительно магнитного поля. По мере приближения петли к вертикальному положению, показанному на рисунке 12-270, индуцированное напряжение уменьшается, поскольку обе стороны петли (A и B) примерно параллельны силовым линиям, и скорость резки снижается.
Рисунок 12-270. Создание минимального напряжения в простейшем генераторе.Когда петля расположена вертикально, силовые линии не перерезаются, поскольку провода на мгновение движутся параллельно магнитным силовым линиям, и наведенное напряжение отсутствует. По мере продолжения вращения петли количество силовых линий увеличивается до тех пор, пока петля не повернется еще на 90 ° к горизонтальной плоскости. Как показано на Рисунке 12-271, количество линий отсечки силы и индуцированное напряжение снова максимальны.
Рисунок 12-271. Создание максимального напряжения в обратном направлении.Однако направление резания противоположно направлению, показанному на рисунках 12-269 и 12-270, поэтому направление (полярность) индуцированного напряжения меняется на противоположное. По мере продолжения вращения контура количество перерезанных силовых линий снова уменьшается, и индуцированное напряжение становится равным нулю в положении, показанном на рисунке 12-272, поскольку провода A и B снова параллельны магнитным силовым линиям. .
Рисунок 12-272. Создание минимального напряжения в обратном направлении.Если построить график напряжения, индуцированного на протяжении всего вращения на 360 °, получится кривая, показанная на Рисунке 12-273. Это напряжение называется переменным напряжением из-за того, что оно меняет положительное значение на отрицательное — сначала в одном направлении, а затем в другом.
Рисунок 12-273. Выход простейшего генератора.Чтобы использовать напряжение, генерируемое в контуре, для создания тока во внешней цепи, необходимо предусмотреть некоторые средства для последовательного соединения контура провода с внешней цепью.Такое электрическое соединение может быть выполнено путем размыкания проволочной петли и соединения ее двух концов с двумя металлическими кольцами, называемыми контактными кольцами, по которым движутся две металлические или угольные щетки. Щетки подключаются к внешней цепи. Путем замены контактных колец основного генератора переменного тока двумя полуцилиндрами, называемыми коммутатором, получается базовый генератор постоянного тока. [Рисунок 12-274] Рисунок 12-274. Базовый генератор постоянного тока.
На этом рисунке черная сторона катушки соединена с черным сегментом, а белая сторона катушки — с белым сегментом.Сегменты изолированы друг от друга. Две неподвижные щетки размещены на противоположных сторонах коммутатора и установлены таким образом, что каждая щетка контактирует с каждым сегментом коммутатора, поскольку последний вращается одновременно с петлей. Вращающиеся части генератора постоянного тока (катушка и коммутатор) называются якорем.
Генерация ЭДС петлей, вращающейся в магнитном поле, одинакова для генераторов переменного и постоянного тока, но действие коммутатора создает напряжение постоянного тока.
Генерация постоянного напряжения
На рисунке 12-275 элементарно, пошагово показано, как генерируется постоянное напряжение. Это достигается путем показа однопроволочной петли, вращающейся в серии положений в магнитном поле.
Рисунок 12-275. Работа основного генератора постоянного тока.Позиция A
Цикл начинается в позиции A и вращается по часовой стрелке. Однако стороны катушки не пересекают силовые линии, а это означает, что ЭДС не генерируется.Черная щетка соприкасается с черным сегментом коммутатора, а белая кисть только соприкасается с белым сегментом.
Позиция B
В позиции B поток теперь сокращается с максимальной скоростью, что означает, что наведенная ЭДС максимальна. В это время черная кисть контактирует с черным сегментом, а белая кисть контактирует с белым сегментом. Отклонение измерителя вправо, что указывает на полярность выходного напряжения.
Положение C
В положении C петля завершила поворот на 180 °. Как и в положении A, магнитные линии не обрезаются, а выходное напряжение равно нулю. Важным условием, которое следует соблюдать в позиции C, является действие сегментов и щеток. Черная щетка под углом 180 ° контактирует как с черным, так и с белым сегментом на одной стороне коммутатора, а белая щетка касается обоих сегментов на другой стороне коммутатора. После того, как петля немного повернется за точку 180 °, черная кисть контактирует только с белым сегментом, а белая кисть контактирует только с черным сегментом.
Из-за этого переключения элементов коммутатора черная щетка всегда контактирует со стороной катушки, движущейся вниз, а белая щетка всегда контактирует со стороной катушки, движущейся вверх. Хотя ток фактически меняет свое направление в контуре точно так же, как и в генераторе переменного тока, действие коммутатора заставляет ток всегда течь в одном и том же направлении через внешнюю цепь или измеритель.
Позиция D
В позиции D действие коммутатора меняет направление тока во внешней цепи, и второй полупериод имеет ту же форму волны, что и первый полупериод.Процесс коммутации иногда называют выпрямлением, поскольку выпрямление — это преобразование переменного напряжения в постоянное.
Нейтральная плоскость
В момент, когда каждая щетка соприкасается с двумя сегментами коммутатора [Рис. 12-275A, C и E], возникает прямое короткое замыкание. Если в это время в контуре сгенерировалась ЭДС, в цепи протекал бы большой ток, вызывая дугу и, таким образом, повреждая коммутатор. По этой причине щетки должны быть размещены точно в том месте, где возникает короткое замыкание, когда генерируемая ЭДС равна нулю.Это положение называется нейтральной плоскостью. Если щетки установлены правильно, между щетками и коммутатором не возникает искры. Искрение является признаком неправильного размещения щеток, что является основной причиной неправильной коммутации.
Рисунок 12-275. Работа основного генератора постоянного тока.Напряжение, генерируемое основным генератором постоянного тока на Рисунке 12-275, изменяется от нуля до максимального значения дважды за каждый оборот контура. Это изменение постоянного напряжения называется «пульсацией» и может быть уменьшено путем использования большего количества контуров или катушек, как показано на рисунке 12-276A.По мере увеличения количества контуров разница между максимальным и минимальным значениями напряжения уменьшается [Рисунок 12-276B], и выходное напряжение генератора приближается к постоянному значению постоянного тока.
Рисунок 12-276. Увеличение количества катушек снижает пульсации напряжения.На рисунке 12-276A количество сегментов коммутатора увеличивается прямо пропорционально количеству петель; то есть есть два сегмента для одной петли, четыре сегмента для двух петель и восемь сегментов для четырех петель.
Напряжение, индуцированное в однооборотном контуре, невелико. Увеличение количества витков не увеличивает максимальное значение генерируемого напряжения, но увеличение количества витков в каждом контуре увеличивает это значение. В узких пределах выходное напряжение генератора постоянного тока определяется произведением количества витков на контур, общего магнитного потока на пару полюсов в машине и скорости вращения якоря.
Генератор переменного тока или генератор переменного тока и генератор постоянного тока идентичны в том, что касается метода генерации напряжения во вращающемся контуре.Однако, если ток снимается с контура контактными кольцами, это переменный ток, и генератор называется генератором переменного тока или генератором переменного тока.