Меню

Схема генератора переменного тока с индукторным возбуждением



Устройство автомобилей

Генераторы переменного тока

генератор переменного тока

Развитие автомобилестроения сопровождалось ростом требований к безотказности и увеличению срока службы автомобилей, комфорту их эксплуатации, снижению эксплуатационных затрат на техническое обслуживание и ремонт, а также соответствие все возрастающим требованиям безопасности движения.
В связи с этим появилась необходимость существенного увеличения мощности и срока службы автомобильных генераторов, как основных источников электрического тока, улучшения их эксплуатационных характеристик и снижения эксплуатационных затрат. Появилась необходимость уменьшения габаритных размеров и массы генераторов, как, впрочем, и многих других агрегатов и устройств, что позволяло гибко проектировать компоновку и внешний дизайн автомобилей, а также получать экономию дорогостоящих металлов.

Удовлетворение перечисленных требований путем совершенствования конструкции и технологии производства генераторов постоянного тока, учитывая низкую надежность и малый срок службы щеточно-коллекторного узла, а также габаритные размеры и массу генераторов постоянного тока, стало неосуществимо. Поэтому было выбрано новое направление в развитии автомобильных генераторов – создание генераторов переменного тока.

Название «генератор переменного тока» несколько условно, и касается в основном особенностей конструкции генератора, поскольку они оснащены встроенными полупроводниковыми выпрямителями и питают потребители постоянным (выпрямленным) током.
В генераторах постоянного тока таким выпрямителем является щеточно-коллекторный узел, осуществляющий выпрямление переменного тока, полученного в обмотках якоря.
Развитие полупроводниковой техники позволило применить в генераторах переменного тока более совершенный и надежный выпрямитель на полупроводниковых диодах, в котором отсутствовали механические детали и узлы, подверженные износу и отказам.

Преимущества и недостатки генераторов переменного тока

К основным преимуществам генераторов переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока можно отнести следующие свойства:

  • при одинаковой мощности их масса в 1,8…2,5 раза меньше, причем примерно в три раза меньше расходуется ценного цветного металла – меди;
  • при одинаковых габаритах генераторы переменного тока выдают большую мощность;
  • ток начинает вырабатываться при меньшей частоте вращения ротора;
  • проще схема и конструкция регулирующего устройства вследствие отсутствия элемента ограничения силы тока и реле обратного тока;
  • проще и надежнее конструкция токосъемного устройства, особенно, в бесконтактных генераторах переменного тока;
  • меньше эксплуатационные затраты из-за высокой надежности работы и увеличения срока службы.

С практической точки зрения преимущества генератора переменного тока проявляются в том, что вырабатываемый им ток снимается с неподвижных обмоток, закрепленных на корпусе-статоре. Обмотка возбуждения, выполненная на вращающемся роторе, существенно легче неподвижных обмоток статора, поэтому ротор можно вращать с большей скоростью, не опасаясь явлений дисбаланса вращающихся масс. Да и ток возбуждения в этом случае подвести проще, поскольку он небольшой. В результате щетки и контактные кольца служат дольше.

Кроме того, генератор постоянного тока, в отличие от генератора переменного тока, начинает вырабатывать ток при относительно большой частоте вращение якоря. По этой причине для его полноценного функционирования, например, на холостых оборотах двигателя, необходимо значительное передаточное число привода, что в дальнейшем (на рабочей частоте коленчатого вала) может привести к дисбалансу (из-за значительной массы якоря), износу подшипников и элементов привода генератора.

Определенное преимущество генераторов переменного тока проявляется, также, в том, что при необходимости получения высокого напряжения (например, для питания высоковольтных потребителей), достаточно использовать небольшой трансформатор. Увеличить напряжение постоянного тока таким способом не удастся. Несмотря на то, что в автомобильных бортовых сетях необходимость получения высокого напряжения возникает крайне редко, такую возможность нельзя сбрасывать со счетов.

Основные недостатки генератора переменного тока — необходимость выпрямления вырабатываемого им тока, а также некоторое рассеивание мощности в окружающих ротор и статор металлических деталях из-за возникновения вихревых и реактивных токов в переменном электромагнитном поле. Тем не менее, достоинства генераторов переменного тока с лихвой окупают отмеченные недостатки.

Первые автомобильные генераторы переменного тока были спроектированы для работы с отдельными селеновыми выпрямителями и вибрационными регуляторами напряжения. Селеновые выпрямители имели значительные размеры, и их приходилось размещать отдельно от генератора, в местах, где обеспечивалось хорошее охлаждение. Для присоединения такого выпрямителя к генератору требовалась дополнительная проводка.
Кроме того, селеновые выпрямители были недостаточно теплостойки, и допускали максимальную рабочую температуру не выше +80 ˚С.
По этим причинам в дальнейшем от селеновых выпрямителей отказались, и стали применять кремниевые диоды, которые были менее габаритны, обладали хорошей теплостойкостью, что позволяло размещать их непосредственно в генераторе.

На смену вибрационным регуляторам напряжения пришли сначала контактно-транзисторные, а затем бесконтактные на дискретных элементах и бесконтактные интегральные регуляторы.
Габаритные размеры интегральных регуляторов позволяют встраивать их в генератор, который совместно со встроенными регулятором и выпрямительным блоком называется генераторной установкой.

Принципиальное устройство генератора переменного тока

принцип работы автомобильного генератора переменного тока

На рис. 1 представлена упрощенная схема генератора переменного тока, который состоит из двух основных частей: статора с неподвижной обмоткой, в которой индуцируется переменный ток, и ротора, создающего магнитное поле.

Полюсы ротора поочередно проходят мимо неподвижных катушек статора, размещенных на пазах с внутренней стороны корпуса генератора. При этом изменяется направление магнитного потока, а, следовательно, и направление индуцируемой в катушке ЭДС.

Обычно число полюсов магнита на роторе и число катушек в корпусе позволяет получить трехфазный ток. У трехфазных генераторов обмотки имеют одну общую точку, где соединяются их концы, поэтому такая схема соединения называется «звездой», а общая точка обмотки – нулевой точкой.

Вторые концы обмоток присоединяют к двухполупериодному выпрямителю. Магнитное поле ротора может создаваться постоянным магнитом или электромагнитом. В последнем случае к обмотке возбуждения электромагнита подводится постоянное напряжение.

устройство генератора переменного тока

Применение в роторе электромагнитов усложняет конструкцию генератора, так как необходимо подводить напряжение к вращающейся детали – ротору, но в этом случае возможно регулирование напряжения изменением частоты вращения ротора. Кроме того, магнитные свойства постоянных магнитов существенно зависят от их температуры.

Более подробно устройство и работа автомобильного генератора переменного тока приведены на следующей странице.

Бесконтактные генераторы с электромагнитным возбуждением

Для автомобильных генераторов надежность и срок службы определяются тремя факторами:

  • качеством электрической изоляции;
  • качеством подшипниковых узлов;
  • надежностью токосъемных (щеточно-контактных) устройств.

Первые два фактора зависят от уровня развития смежных производств. Третий фактор может быть исключен путем использования бесконтактных генераторов, имеющих более высокую надежность и ресурс, чем контактные генераторы, использующие щеточно-контактные токосъемные устройства. Это стимулировало создание автомобильных бесконтактных генераторов переменного тока с электромагнитным возбуждением – индукторных генераторов и генераторов с укороченными полюсами.

К бесконтактным генераторам с электромагнитным возбуждением относятся индукторные генераторы и генераторы с укороченными клювами. Работает генератор следующим образом. Обмотка возбуждения, по которой протекает постоянный ток, создает в магнитной системе поток, который при вращении ротора изменяется по величине без изменения знака. Этот поток замыкается, проходя через воздушные зазоры между валом и элементами ротора, зубцы которого выполнены в виде звездочки, воздушный зазор между ротором и статором, магнитопровод статора и крышку генератора.

Изменение магнитного потока в якоре при вращении ротора происходит за счет изменения магнитного сопротивления воздушного зазора между зубцами статора и ротора.
Магнитный поток Ф у индукторных генераторов пульсирующий. Магнитный поток в воздушном зазоре периодически изменяется от Фmах, когда оси зубцов ротора и статора совпадают, до Фmin, когда оси зубцов ротора и статора смещены на угол 180˚ электрических градусов. Таким образом, магнитный поток имеет среднюю постоянную и переменную составляющую с амплитудой

Читайте также:  Явление возникновения эдс в контуре вызванное изменением тока в этом же контуре называется

3убец и впадина ротора (индуктора) генератора образуют пару полюсов, поэтому частота тока якоря в индукторе генератора может быть определена по формуле:

где z — число зубцов ротора.

В генераторах с укороченными полюсами бесконтактность достигается за счет неподвижного крепления обмотки возбуждения с помощью немагнитной обоймы. Полюсы клювообразной формы имеют длину меньше половины длины активной части ротора. В процессе вращения ротора магнитный поток возбуждения пересекает витки обмотки статора, индуцируя в них ЭДС.

Генераторы с укороченными полюсами просты по конструкции, технологичны. Роторы таких генераторов имеют малое рассеяние.
К недостаткам можно отнести несколько большую, чем у контактных генераторов, массу при той же мощности. Также следует отметить трудность крепления обмотки возбуждения и обеспечения жесткости и механической прочности ее крепления.

Применение на автомобилях существующих конструкций индукторных генераторов долго сдерживалось следующими трудностями:

  • невысокие удельные показатели;
  • повышенный уровень пульсации выпрямленного напряжения;
  • повышенный уровень шума.

Дальнейшее совершенствование конструкции и устранение вышеперечисленных недостатков позволило использовать индукторные генераторы переменного тока на автомобилях.

Впервые бесщеточные генераторы с укороченными полюсами 45.3701 и 49.3701 были использованы на автомобилях марки «УАЗ».

Небольшой видеоролик позволит наглядно понять основные принципы работы и устройство автомобильного генератора переменного тока.

Источник

Устройство и принцип действия генераторов переменного тока

Электрический генератор тока — это устройство, предназначенное для превращения неэлектрических видов энергии (химической, механической, тепловой) в электрическую. При этом его конструкция базируется на использовании принципа электроманитной индукции.

  1. Принцип действия и устройство простейшего генератора переменного тока
  2. Электрогенераторы переменного тока
  3. Синхронные электрогенераторы
  4. Асинхронные электрогенераторы
  5. Инверторные генераторы
  6. Привод генераторов переменного тока
  7. Опции и возможности бытовых электрогенераторов
  8. Особенности установки

Принцип действия и устройство простейшего генератора переменного тока

Электромагнитная индукция — это явление, которое было открыто в 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем (1791-1867), обнаружившим, что при прохождении изменяющегося во времени магнитного потока сквозь замкнутый проводящий контур в последнем возникает электрический ток. Именно этот принцип и положен в основу любого генератора.

На практике принцип электромагнитной индукции реализуется следующим образом: электрический ток возникает в замкнутой рамке (роторе) при пересечении ее вращающимся магнитным полем, образуемым в зависимости от назначения и конструкции генератора постоянными магнитами или специальными обмотками возбуждения. При вращении рамки изменяется величина магнитного потока. Чем быстрее она вращается, тем выше величина выходного напряжения.

В 1827 году этот эффект обнаружил и использовал при создании оригинальной модели генератора электрического тока венгерский физик Аньош Иштван Йедлик (1800-1895). Однако, полагая его известным, ученый не запатентовал свое открытие, а о создании первой динамо-машины объявил только в 1850 году.

Для отвода электрического тока рамка оснащается токосъемником, который превращает ее в замкнутый контур и обеспечивает постоянный контакт вращающейся рамки со стационарно расположенными элементами генератора. Подпружиненные щетки прижимаются к коллекторным кольцам и таким образом электрический ток поступает на выходные клеммы генератора.

Вращаясь, половинки рамки последовательно проходят возле полюсов магнита. При этом происходит циклическая смена направления движения возникающего тока – у каждого полюса ток движется в одну сторону.

Конструкция якоря генератора постоянного тока

В зависимости от конструкции коллектора генератор может вырабатывать как постоянный, так и переменный ток.

  • В генераторах постоянного тока для каждой половины обмотки в коллекторном узле имеются изолированные друг от друга полукольца. Благодаря тому, что эти полукольца постоянно меняются щетками, ток не изменяет своего направления, а просто пульсирует.
  • В генераторах переменного тока концы рамки привязаны к контактным кольцам и вся эта конструкция вращается вокруг своей оси. При вращении рамки, щетки, каждая из которых плотно примыкает к своему кольцу, обеспечивают надежный токоотвод. При этом циклической смены положения щеток не происходит.

Вращающаяся часть генератора называется ротором, а неподвижная — статором.

Принцип действия электрогенераторов переменного и постоянного тока идентичен. Отличаются они между собой конструкцией контактных колец, расположенных на вращающемся роторе и конфигурацией обмоток.

В генераторах переменного тока часто используют оригинальное техническое решение, базирующееся на том, что ЭДС возникает в проводнике не только когда он вращается в магнитном поле, но и в том случае, когда относительно неподвижного проводника вращается само магнитное поле.

Этот эффект широко используется разработчиками, которые располагают на вращающемся роторе электрические или постоянные магниты. При этом напряжение снимается со стационарно установленной обмотки, что дает возможность избавиться от сложных конструкций токосъемных узлов.

Электрогенераторы переменного тока

Выпускается огромное количество самых разнообразных электрогенераторов переменного тока. Классифицировать их можно по таким параметрам:

  • конструктивное исполнение;
  • способ возбуждения;
  • количество фаз.

По способу возбуждения потребителю могут встретиться агрегаты:

  • с независимым возбуждением – обмотка возбуждения запитывается постоянным током от независимого источника электропитания;
  • с самовозбуждением – в обмотку возбуждения подается выпрямленный ток от самого генератора;
  • с возбуждением от постоянных магнитов – обмотка возбуждения отсутствует;
  • с возбуждением от возбудителя – маломощного генератора постоянного тока, «сидящего» на одном валу с обслуживаемым генератором.

По количеству фаз электрогенераторы бывают:

  • однофазные;
  • двухфазные;
  • трехфазные.

На практике чаще всего встречаются трехфазные генераторы переменного тока. Связано это с рядом преимуществ, характерных для этого вида агрегатов:

  • получение экономического эффекта при разработке систем передачи электроэнергии на большие расстояния – снижение материалоемкости трансформаторных устройств и силовых проводов; Этому способствует наличие кругового магнитного поля;
  • увеличенный эксплуатационный ресурс, который обеспечивает уравновешенность системы;
  • одновременное использование линейного и фазового напряжения.

Конструктивно трехфазный электрогенератор имеет три независимые обмотки, расположенные в статоре по окружности со смещением в 120° относительно друг друга. При этом каждая обмотка представляет собой однофазный генератор, которая способна подавать переменное напряжение потребителю R. Такая единичная обмотка и получила название «фаза». Фазные обмотки могут соединяться между собой «треугольником» или «звездой».

Существуют и другие схемы соединения обмоток, например, шестипроводная система «Тесла» или соединение «Славянка» (сочетание шести обмоток в виде одной «звезды» и одного «треугольника), однако широкого распространения они не получили.

Роль рамки в устройствах, вырабатывающих переменный ток, исполняет электромагнит, который вращаясь, смещает индуцированные в обмотках переменные ЭДС на треть такта относительно друг друга.

Среди множества генераторов переменного тока различают два основных вида их конструктивного исполнения: синхронные и асинхронные. В последнее время, учитывая большое количество сложных электронных устройств, управляемых при помощи микропроцессоров, появился новый тип электрогенераторов – инверторный.

Синхронные электрогенераторы

Устройство синхронного генератора

Синхронный генератор переменного тока конструктивно состоит из двух частей — подвижного ротора и неподвижного статора.

При вращении ротора, представляющего собой электромагнит с сердечником и обмоткой возбуждения, подключенный к внешнему источнику питания при помощи щеточного механизма, в обмотке статора индуцируется ЭДС, которая подается на выходные клеммы генератора. Такая конструкция исключает необходимость применения скользящих контактов, что существенно упрощает конструкцию агрегата. Изначально магнитный поток возбуждается от стороннего возбудителя, закрепленного на общем валу и подключаемого к системе при помощи муфты.

В синхронных электрогенераторах малой мощности обмотка возбуждения запитывается за счет выпрямленного тока. При этом электрическая цепь образуется за счет активации трансформаторов, входящих в цепь нагрузки. Туда же включен и полупроводниковый выпрямитель. В состав основной электрической цепи входят:

  • обмотка возбуждения;
  • регулировочный реостат.

Основная особенность синхронного генератора — частота генерируемого электрического тока пропорциональна скорости вращения ротора.

Асинхронные электрогенераторы

Асинхронный генератор переменного тока отличается от синхронного отсутствием жесткой связи между частотами вращения ротора и индуцированной ЭДС. Разница между этими параметрами называется «скольжением». Между ротором и статором асинхронного генератора имеется воздушный зазор. При этом на частоту вырабатываемой ЭДС влияет тормозной момент, возникающий при подключении нагрузки и препятствующий вращению ротора. Поэтому электроэнергия в асинхронных электрогенераторах вырабатывается при увеличенной скорости прокручивания ротора.

Читайте также:  Условия для протекания в цепи электрического тока

Конструкция асинхронных генераторов отличается простотой, однако имеет при этом худшие, по сравнению с синхронными агрегатами, технические характеристики — погрешность по частоте может достигать 4%, а по величине напряжения — до 10%. Кроме того асинхронные электрогенераторы критичны к величине пускового тока. Поэтому эксплуатировать их рекомендуется совместно со стабилизаторами, а в отдельных случаях, например, для плавного пуска электродвигателя, может понадобиться преобразователь частоты.

Инверторные генераторы

Инверторный генератор FUBAG Ti 3200

Инверторный электрогенератор — это обычный асинхронный генератор, на выходе которого установлен дополнительный стабилизатор выходных параметров.

Работает он следующим образом: вырабатываемое асинхронным генератором напряжение поступает в инвертор, где сначала выпрямляется, а затем из полученного постоянного напряжения формируются импульсы заданной частоты и скважности. На выходе устройства эти импульсы преобразуются в синусоидальное напряжение с почти идеальными техническими характеристиками.

Привод генераторов переменного тока

Бензиновый генератор Green-Field GF4500E

В бытовых условиях ротор генератора приводят в действие при помощи двигателей внутреннего сгорания (ДВС), работающих на таких видах топлива, как бензин или дизельное топливо. При этом эксплуатационный ресурс бензиновых генераторов, оснащенных двухтактными ДВС составляет порядка 500 часов в год (не более 4 часов в сутки); четырехтактными ДВС достигает 5000 часов в год.

Использовать бензиновые электрогенераторы целесообразно при непродолжительных отключениях электричества и/или для выезда на природу.

Генераторы, работающие на дизельном топливе, отличаются большой мощностью и значительно долговечнее бензиновых. Среди них встречаются модели с воздушным и жидкостным охлаждением. Агрегаты с воздушным охлаждением рекомендуется применять в тех местах, где электричество отключают часто и надолго.

Дизельный генератор ONIS VISA P 14 FOX

Пользоваться такими бытовыми устройствами предельно просто – нужно залить топливо в бак, поворотом ключа запустить двигатель и подключить нагрузку. Их панель управления снабжена всеми необходимыми и интуитивно понятными надписями и обозначениями.

Дизельные электрогенераторы с жидкостным охлаждением – это устройства совсем другой категории. Они способны работать сутками и используются в основном на предприятиях в качестве источников резервного питания.

Промышленные генераторы, предназначенные для выработки переменного тока и подачи его потребителям на большие расстояния с помощью высоковольтных линий электропередач (ЛЭП), работают за счет активации гидравлических или паровых турбин. В таких агрегатах роторный механизм соединяется непосредственно с колесом турбины.

Турбинные электрогенераторы отличаются большой мощностью (до 100000 кВт) и способны генерировать переменный ток напряжением до 16 кВ. При этом длина и диаметр их ротора может достигать 6,5 и 15 метров соответственно, а скорость вращения последнего находится в диапазоне 1500…3000 об/мин. Устанавливают такие агрегаты в отдельных помещениях на специально подготовленных бетонных основаниях.

Опции и возможности бытовых электрогенераторов

Для удобства эксплуатации производители оснащают свою продукцию рядом полезных опций, среди которых можно выделить:

  • устройство автоматического запуска агрегата при отключении электроэнергии;
  • наличие встроенного УЗО, отключающего устройство от электросети при пробое изоляции и появлении тока утечки;
  • контроль параметров и отображение их на дисплее;
  • защита от перегрузки.

При подключении к электрогенератору нагрузки, величина которой буде ниже паспортной, агрегат начнет «съедать» часть жидкого топлива впустую, не используя полностью свои возможности.

Не будет лишним наличие в комплекте поставки специального шумогасящего кожуха, топливного бака увеличенного объема, кожуха, защищающего агрегат от воздействия низкой температуры и пр.

Особенности установки

Использование дизельного генератора

Потенциальный владелец генератора переменного тока перед приобретением должен озаботиться подготовкой места для его установки. Независимо от того, где будет установлен такой агрегат, в помещении или на свежем воздухе, для него понадобится ровная и твердая площадка. Установка электрогенератора на неровной площадке приведет к увеличению вибрации, что ускорит износ деталей и может спровоцировать выход дорогостоящего устройства из строя.

Устанавливая генератор в помещении, важно предусмотреть наличие вытяжной вентиляции. Кроме того, во время работы агрегата рекомендуется оставлять дверь помещения открытой, что в свою очередь потребует установить в дверном проеме решетку, перекрывающую посторонним, а главное детям, доступ в опасную зону.

Соединяют электрогенератор с электросетью в строгом соответствии с требованиями, изложенными в инструкции по эксплуатации. При этом электрический кабель необходимо подключить после вводного автомата и электросчетчика.

Источник

Схема генератора переменного тока с индукторным возбуждением

МЕНЮ

  • ШДК
  • Статьи
    • Схемы
      • Arduino
      • Управление шаговыми двигателями
      • Металлоискатели
      • разное
      • для Авто
      • разное на микроконтроллерах
      • всё на таймере NE555
      • Конструктор схем
      • Осциллографы
      • Измерительная аппаратура
      • Роботы
      • Световые эффекты,управление светом
      • Термостат
      • Инверторы и преобразователи
      • Защиты от перепадов напряжения
      • Паяльные станции
      • Аудио
      • Дозиметры
      • Часы
      • Выключатели, переключатели,ИК,РФ
      • Таймеры
      • КУБ светодиодный
    • Программаторы
      • PIC microchip
      • AVR ATmega и ATtiny
      • Общее
    • Электрические двигатели
      • машины постоянного тока
      • машины переменного тока
    • Генераторы
      • генератора независимого возбуждения
      • синхронный генератор
    • Авто-инжектор
      • Элементы ЭСУД, описание
    • Законы электротехники
      • Основные законы из ТОЭ и др.
    • Конкурсные работы 2015
    • Конкурсные работы 2014
    • Конкурсный работы 2013
    • Конкурсные работы 2012
  • Скачать
    • Программирование
    • Электрические расчеты
    • Электрические программы
    • Справочник
    • Книги по релейной защите
    • Авто
    • Библиотека электромонтера
    • Журналы
      • Everyday Practical Electronics
      • Радио
      • Радиоаматор
      • Радиолюбитель
      • Радиоконструктор
      • Схемотехника
      • Радио Хобби
      • Радиомир
      • Ремонт и сервис
      • Электрик
      • Elektor Electronics
    • Разное
      • Книги, разные
      • Программы,разные
  • Ссылки
    • Сайты связанные с электричеством
    • Авто сайты
  • Видео
    • Самоделки
    • Обучение Arduino
    • дуга,разряд,пожар.
    • Обучающие видео ролики
    • P-CAD Schematic
    • РОБОТЫ
    • Техническое обслуживание компьютера
    • Изготовление печатных плат
  • Проекты
    • Заказать прошивку
    • Регистрация программистов
    • С миру по байту
  • Информация
    • О сайте
    • Реклама
    • Добавить статью
    • Обратная связь
    • Обмен банерами
  • Электроника из Китая
  • В помощь студенту
    • Электрические машины
    • Эксплуатация релейной защиты

реклама

ВАЖНОЕ

В промышленности и на АЭС находят применение синхронные машины особой конструкции. Одной из таких машин является индукторный генератор, который служит источником электроэнергии переменного тока высокой частоты (400– 30000 Гц) и может использоваться в системах возбуждения крупных турбогенераторов, в установках индукционного нагрева и т.п.
Принцип действия индукторных генераторов основан на использовании зубцовых пульсаций магнитного потока. При этом магнитный поток возбуждения, индуктирующий переменную ЭДС, не изменяет своего направления, а меняется по величине от Фmin до Фmax.и неподвижен в пространстве.
В первом приближении различают два типа индукторных генератора – одноименнополюсные и разноименнополюсные. В том и другом случае ротор генератора представляет собой зубчатый цилиндр либо набранный из листов электротехнической стали, либо массивный. Статор как обычно набирается из листов электротехнической стали и в его пазах размещают витки обмотки переменного тока. Шаг витков обычно равен единице, т.е. на каждом зубце статора расположена определенная катушка обмотки переменного тока, в которой и наводится ЭДС.
В одноименнополюсных генераторах предусмотрено по два пакета стали на статоре и на роторе, соединенных между собой сердечниками как показано на рисунке 1. Обмотка возбуждения в этом случае представляет собой сосредоточенную кольцевую катушку, которую размещают на статоре между пакетами стали. Она должна быть подключена к источнику постоянного тока. Она создает магнитный поток, который замыкается по всему магнитопроводу создавая в пакетах ротора (и статора) полюсы всегда одной полярности.

Читайте также:  Что называется периодом амплитудой частотой переменного тока

Чтобы в обмотке возбуждения не индуцировалось ЭДС высокой частоты, необходимо обеспечить постоянство магнитного потока и соответственно магнитного сопротивления по всей длине магнитных силовых линий. Это достигается тем, что один пакет ротора смещен относительно другого пакета ротора на половину зубцового деления.

В разноименнополюсных индукторных генераторах имеется по одному пакету на статоре и роторе. При этом обмотка возбуждения – это сосредоточенная обмотка, уложенная в большие пазы статора, а обмотка переменного тока – устроена также, как в одноименнополюсных генераторах, и укладывается в малые пазы статора.
Зубцовые шаги статора и ротора выбираются так, чтобы суммарное магнитное сопротивление на пару полюсов возбуждения и соответственно суммарный магнитный поток машины, сцепленный с обмоткой возбуждения, не изменялись бы по мере вращения ротора. Это обеспечивает отсутствие ЭДС высокой частоты в обмотке возбуждения.

В то же время по мере вращения ротора его зубцы меняют свою полярность при переходе от одной катушки возбуждения к другой. Изменение направления ЭДС обмотки переменного тока и ее синусоидальность обеспечиваются также как в одноименнополюсных машинах – т.е. пульсацией магнитного потока по отношению к каждой катушке обмотки переменного тока и формой зубцов ротора. Применяется также и скос пазов.

Индукторная синхронная машина как и все электрические машины обладает свойством обратимости, т.е. может работать в режимах генератора и электродвигателя. При этом можно получит очень малые значения частоты вращения в соответствии с формулой:

Обмотка возбуждения индукторного синхронного генератора может состоять из нескольких самостоятельных обмоток, которые получают питание из разных источников. Это необходимо для улучшения характеристик генератора.
Например, в индукторном генераторе ВГТ– 4500/500 применяемом в качестве возбудителя турбогенератора ТВВ– 320 – 2, основной ток возбуждения составляет 3000 А., а вспомогательные обмотки возбуждения имеют токи 160 А и 800 А. Естественно, что для выпрямления тока обмотки переменного тока индукторного генератора необходимо иметь полупроводниковые (кремниевые) выпрямители.
Индукторные машины не требуют применения щеточного контакта, т.е. являются бесщеточными.

Этот тип машин по принципу действия не отличается от обычных С.Г. но у них на роторе нет обмотки возбуждения. Вместо нее устанавливают постоянные магниты. Это упрощает конструкцию и обслуживание машины, повышает ее надежность. Однако они имеют относительно большую массу, практически не обеспечивают регулирование и стабилизацию напряжения на выходе.
Применяются такие генераторы в установках маломощных передвижных электростанций, в автомобилях, в качестве тахогенераторов, а также в качестве подвозбудителей с системах возбуждения мощных турбогенераторов. В частности, для возбудителя индукторного типа ВГТ–4500 – 500 применяется подвозбудитель ГПСМ – 30/400 с постоянными магнитами на роторе. Мощность подвозбудителя 37,5 кВ.А. Частота вращения 3000 об/мин, напряжение 220 – 230 В, частота 400 Гц. Переменный ток через выпрямители подается в вспомогательную обмотку возбуждения индукторного возбудителя или С.Г. с самовозбуждением.
В отличие от обычных синхронных генераторов воздушный зазор в С.Г. с постоянными магнитами выбирают минимальным. Это определяется свойствами магнитотвердого материала ротора. Одним из способов уменьшения воздействия поля реакции якоря на поле постоянного магнита является применение полюсных наконечников из магнитомягкой стали.

Бесщеточные синхронные генераторы

Рассмотренные выше индукторные генераторы также относятся к бесщеточным машинам, однако их применение в качестве возбудителей мощных синхронных генераторов требует применения контактных колец и щеток у последних. Применение щеточного аппарата у С.Г. с мощностями 500, 800, 1000, 1200 МВт уже практически невозможно по условиям габаритов, охлаждения, очистки от пыли и др.
По этим причинам в качестве возбудителей мощных турбогенераторов стали применять бесщеточные системы возбуждения, состоящие из обращенного синхронного генератора переменного тока, вращающихся кремниевых выпрямителей и подвозбудителей, в качестве которых могут применяться С.Г. с постоянными магнитами или индукторные генераторы.
Структурная схема бесщеточной системы возбуждения показана на рисунке, где обозначены:
ПВ – подвозбудитель;
В – возбудитель, Выпр. – вращающиеся выпрямители;
СГ – синхронный генератор;
АРВ – система регулирования возбуждения;
ОВ – обмотка возбуждения перевозбцудителя (индукторного типа);
ВОВ; ООВ – вспомогательная и основная обмотки возбуждения возбудителя.

Основной возбудитель системы бесщеточного возбуждения ТГ представляет собой обращенный синхронный генератор переменного тока повышенной частоты, у которого обмотки возбуждения расположены на статоре и, следовательно неподвижны. Обмотка переменного тока (обмотка якоря) расположена на роторе и подключена к вращающимся выпрямителям. Выпрямленный ток поступает в обмотку возбуждения синхронного турбогенератора непосредственно.
Различают трехфазные и многофазные возбудители. У трехфазных возбудителей обмотка переменного тока собрана в звезду и подает питание на мостовую схему выпрямительного устройства. При этом каждая фаза имеет по нескольку параллельных ветвей, каждая из которых подключена к отдельной ветви мостовой схемы выпрямителя (всего 6 ветвей в фазе).
В многофазных возбудителях используют не три, а много фаз обмотки переменного тока. Например, шестнадцать фаз, которые включены на самостоятельные ветви мостовой схемы выпрямителя. Это решение позволяет увеличить быстродействие системы возбуждения С.Г. в переходных режимах.
Еще большее быстродействие обеспечивает тиристорное выпрямление переменного тока возбудителя, но при этом возникает потребность подачи импульсов управления на вращающиеся тиристоры, например, с помощью скользящего контакта щеток с кольцами на валу генератора.

Источник

Бесконтактные индукторные генераторы. Принцип работы

Переменная ЭДС индуктиру­ется в неподвижных катушках фазных обмоток 3 при пересечении витков изменяющимся электромагнитным полем, которое создается вращением шестилучевой звездочки ротора 4, намагниченной одно­именными полюсами обмоткой возбуждения 5. Обмотка возбуждения намотана на стальную втулку 7, закрепленную на крышке 6 генератора так, что лучи звездочки движутся у торца катушки возбужде­ния. Обмотка возбуждения питается постоянным током через клем­мы «Ш» и «М».

Катушки с одинаковой по фазе ЭДС со­единены между собой последовательно. Фазы включены между собой в «треугольник» На автомобильных генераторах широко применяют включение фаз в «звезду»: концы всех фаз соединяют вместе в общую нулевую точ­ку, которую иногда выводят отдельным (нулевым) проводом или изо­лируют в генераторе, а начала трех фаз подводят к выпрямителю.

Выпрямление переменного тока в автотракторных генераторах осуществляется кремниевыми полупроводниковыми диодами (венти­лями). Диоды для встроенных в автотракторные генераторы выпрямите­лей выпускаются двух типов — прямой и обратной полярности. У дио­да прямой полярности (VI, V2, V3 на рисунке) катодным выводом является корпус, а анодный вывод пропущен через изолятор. Эти диоды проводят ток от анодного вывода к корпусу. У диодов обрат­ной полярности с корпусом соединен анод, а катод выведен через изолятор. Диоды обратной полярности проводят ток от корпуса к выводу. Диоды прямой и обратной полярности не взаимозаменяемы. Диоды прямой полярности (серии ВА) помечены на корпусе красной краской, а обратной полярности — черной.

Схемы трехфазного индукторного генератора

Рис. Схемы трехфазного индукторного генератора

Источник