Alternátor: zařízení, princip činnosti, účel

Elektrický proud je hlavním typem energie, který dělá užitečnou práci ve všech sférách lidského života. Vytváří v pohybu různé mechanismy, dává světlo, ohřívá domy a oživuje celou řadu zařízení, která poskytují naši komfortní existenci na planetě. Tento druh energie je skutečně univerzální. Z toho můžete získat vše, co se vám líbí, a dokonce i velkou zkázu s nesprávným řízením.

Ale byl čas, kdy byly elektrické příznaky stále přítomny v přírodě, ale nepomohly člověku. Co se od té doby změnilo? Lidé začali studovat fyzické jevy a vynalezli zajímavé stroje - konvertory, které obecně učinily revoluční skok naší civilizace a umožnily člověku získat jednu energii od druhé.

Lidé se tak naučili vyrábět elektřinu z obyčejného kovu, magnetů a mechanického pohybu - to je vše. Byly postaveny generátory schopné produkovat kolosální toky energie, počítané v megawattech. Je však zajímavé, že princip fungování těchto strojů není tak komplikovaný a může být dokonce pochopitelný i pro teenagera. Co je generátor elektrického proudu? Pokusme se pochopit tuto otázku.

Účinek elektromagnetické indukce

Základem pro vzhled elektrického proudu ve vodiči je elektromotorická síla - EMF. Je schopen přemísťovat nabité částice, které jsou mnoho v jakémkoliv kovu. Tato síla se objeví pouze tehdy, jestliže vodič prochází změnou intenzity magnetického pole. Samotný efekt byl nazýván elektromagnetickou indukcí. Emf je větší, tím větší je rychlost změny magnetického vlnění. To znamená, že můžete přemístit vodič blízko permanentního magnetu nebo ovlivnit pole elektromagnetu pomocí pevného vodiče, změnou jeho síly, účinek bude stejný - ve vodiči se objeví elektrický proud.

Na toto téma v první polovině XIX. Století vědci pracovali na Oerstedovi a Faradayovi. Objevili také tento fyzický jev. Později byly na základě elektromagnetické indukce vytvořeny proudové generátory a elektromotory. Je zajímavé, že tyto stroje lze snadno převést do sebe.

Jak fungují DC a AC generátory?

Je zřejmé, že generátor elektrického proudu je elektromechanický stroj, který generuje proud. Ale ve skutečnosti je to konvertor energie: vítr, voda, teplo, cokoli v elektromagnetickém měniči, které již způsobuje proud ve vodiči. Zařízení kteréhokoli generátoru se v podstatě nijak neliší od uzavřeného vodivého obvodu, který se otáčí mezi póly magnetu, jako v prvních experimentech vědců. Pouze mnohem více je velikost magnetického toku produkovaného silnými permanentními nebo častěji elektrickými magnety. Uzavřený obrys má podobu vícenásobného vinutí, které v moderním generátoru není jedno, ale nejméně tři. To vše se dělá za účelem získání co nejvíce EMF.

Standardní elektrický alternátor (nebo trvalý) generátor se skládá z:

• Shells. Provede funkci rámu, uvnitř kterého je stator upevněn póly elektromagnetu. Je nainstalován antifrikční ložiska hřídele rotoru. Je vyroben z kovu, ale také chrání celou vnitřní výplň stroje.
• Stator s magnetickými póly. Na ni je upevněno vinutí excitace magnetického toku. Je vyrobena z feromagnetické oceli.
• Rotor nebo armatura. Jedná se o pohyblivou část generátoru, jehož hřídel generuje vnější sílu do rotačního pohybu. Na jádře kotvy je umístěno vinutí sebavení, kde se vytváří elektrický proud.
• Uzly komutace. Tento konstrukční prvek slouží k přesměrování elektřiny z pohyblivého hřídele rotoru. Zahrnuje vodivé kroužky, které jsou pohyblivě propojeny s kolektory pro grafitový proud.

Vytváření stejnosměrného proudu

V generátoru, který vytváří stejnosměrný proud, se vodivý obvod otáčí v prostoru magnetické nasycení. A na určitý moment otáčení je každá polovina obrysu blízká jednomu nebo druhému pólu. Nabíjení v tomto vodítku se pohybuje v jednom směru.

Pro získání odstranění částic je vytvořen mechanismus pro odstranění energie. Jeho vlastností je, že každá polovina vinutí (rám) je spojena s vodivým polokrouzem. Semení nejsou navzájem uzavřené, ale jsou upevněny na dielektrickém materiálu. Během období, kdy jedna část vinutí začne procházet určitým pólem, je semikruh uzavřen do elektrického obvodu skupinami kontaktních kartáčů. Ukázalo se, že na každém terminálu přichází pouze jeden potenciál.

Je správnější nazvat energii ne konstantní, ale pulzující, s konstantní polaritou. Pulsování je způsobeno skutečností, že magnetický tok k vodiči během otáčení má jak maximální, tak minimální účinek. Pro vyrovnání tohoto zvlnění se na rotoru používají několik vinutí a silné kondenzátory na vstupu obvodu. Pro snížení ztráty magnetického toku je mezera mezi kotvou a statorem minimalizována.

Obvod alternátoru

Když se pohyblivá část současného generátoru otáčí, EMF je také indukován ve vodičích rámu, stejně jako v DC generátoru. Ale malá funkce - generátor střídavého proudu sběrného uzlu má jiný. Každý pin je v něm spojen s vodivým kroužkem.

Princip alternátoru je následující: když polovina vinutí prochází u jednoho pólu (druhá, respektive v blízkosti protilehlého pólu) proud proudí v jednom směru od minima k nejvyšší hodnotě a opět na nulu. Jakmile vinutí změní svou polohu vzhledem k pólu, proud začne pohyb v opačném směru se stejnou pravidelností.

Na vstupu obvodu se získá tvar vlny ve formě sinusoidu s frekvencí polovičních vln odpovídající době otáčení rotorového hřídele. Pro dosažení stabilního signálu na výstupu, kde je frekvence alternátoru konstantní, musí být doba otáčení mechanické části nezměněna.

Magnetické generátory typ plynu

Konstrukce proudových generátorů, kde se jako nosič náboje použije vodivá plazma, kapalina nebo plyn místo kovového rámu, se nazývají generátory MHD. Látky pod tlakem jsou poháněny v oblasti magnetického napětí. Pod vlivem stejné indukce EMF nabité částice získají směrový pohyb a vytvářejí elektrický proud. Velikost tohoto proudu je přímo úměrná rychlosti průchodu magnetickým tokem a jeho výkonu.

MHD generátory mají jednodušší konstruktivní řešení - nemají mechanismus otáčení rotoru. Takové napájecí zdroje jsou schopné dodávat velké množství energie v krátkých časových intervalech. Používají se jako záložní zařízení av nouzových situacích. Koeficient určující užitečný účinek (účinnost) těchto strojů je vyšší než koeficient elektrického alternátoru.

Synchronní generátor střídavého proudu

Existují takové typy alternátorů:

• Stroje jsou synchronní.
• Asynchronní stroje.

Synchronní alternátor má přísný fyzický vztah mezi rotačním pohybem rotoru a generované frekvencí elektrické energie. V takových systémech je rotor elektromagnet sestavený z jader, pólů a vzrušujících vinutí. Ty jsou napájeny zdrojem stejnosměrného proudu pomocí kartáčů a kroužkových kontaktů. Stator je cívka drátu, spojená hvězdným principem se společným bodem - nula. Již vyvolali elektromagnetický kompromis a vytvořili proud.

Hřídel rotoru je poháněn cizí silou, obvykle turbíny, jejichž frekvence pohybu je synchronní a konstantní. Elektrický obvod připojený k tomuto generátoru je třífázový obvod, frekvence proudu v samostatné linii se posune o fázi o 120 stupňů od ostatních linek. Pro získání správného sínusoidu je směr magnetického toku v lumenu mezi statorem a částmi rotoru regulován jeho strukturou.

Budování generátoru střídavého proudu se provádí dvěma způsoby:

1. Kontakt.
2. Bez kontaktů.

V obvodu excitačního kontaktu je elektřina z jiného generátoru přiváděna do cívky elektromagnetu dvojicí kartáčů. Tento generátor lze kombinovat s hlavním hřídelem. To má zpravidla menší sílu, ale dostatek k vytvoření silného magnetického pole.

Bezkontaktní princip předpokládá, že synchronní alternátor na hřídeli má další třífázové vinutí, v nichž je EMF indukován k otáčení a je generována elektrická energie. Je přiváděna přes rektifikační obvod do excitačních cívek rotoru. Strukturálně neexistují žádné pohyblivé kontakty v tomto systému, což zjednodušuje systém, čímž je spolehlivější.

Asynchronní generátor

K dispozici je asynchronní alternátor. Zařízení se liší od synchronního zařízení. Neexistuje žádná přesná závislost EMF na frekvenci, se kterou rotor hřídele rotuje. Existuje taková věc jako "skluzu S", která charakterizuje tento rozdíl vlivu. Veličina skluzu je určena výpočtem, takže je nesprávné si myslet, že v asynchronním motoru není elektromechanický proces správný.

Pokud je generátor naložený na volnoběh, proud proudící ve vinutí vytvoří magnetický tok, který zabrání rotoru otáčet se zadanou frekvencí. To vytváří skluzu, která přirozeně ovlivňuje výrobu EMF.

Moderní asynchronní alternátor pohyblivé části má tři různé provedení:

1. Dutý rotor.
2. Krátký rotor.
3. Fázový rotor.

Takové stroje mohou mít vlastní a nezávislé buzení. První schéma je realizováno díky zahrnutí kondenzátorů a polovodičových měničů do vinutí. Vzrušení nezávislého typu je vytvořeno přídavným zdrojem střídavého proudu.

Schémata přepínání generátoru

Všechny výkonné napájecí zdroje produkují třífázový elektrický proud. Obsahují tři vinutí, ve kterých jsou vytvořeny střídavé proudy s fází posunutými o jednu třetinu. Pokud uvážíme každé jednotlivé vinutí takového zdroje energie, dostaneme do vedení jedenfázový střídavý proud. Napětí desítek tisíc voltů může produkovat generátor. 220 V spotřebitel obdrží od distribučního transformátoru.

Každý alternátor je standardní vinutí, ale připojení k zátěži má dva typy:

• hvězda;
• trojúhelník.

Princip fungování generátoru AC zahrnuty hvězda zahrnuje sdružování všechny vodiče (nula) ku jedné, které se rozprostírají od zátěže zpět do generátoru. To je způsobeno skutečností, že signál (elektrický proud) je přenášen hlavně prostřednictvím vodiče (lineární), který se nazývá fáze. V praxi je to velmi výhodné, protože nemusíte vytáhnout tři přídavné vodiče pro připojení spotřebitele. Napětí mezi vodičem vedení a vodičem vedení a neutrálu se bude lišit.

Připojením vinuti generátoru trojúhelníkem jsou vzájemně spojeny v jednom okruhu. Z bodů jejich spojení jsou čáry přitahovány ke spotřebiteli. Pak to nepotřebují nulový vodič, a napětí na každém řádku bude stejné bez ohledu na zatížení.

Výhoda třífázového proudu před jednosložkovým proudem je jeho menší zvlnění během opravy. To má pozitivní vliv na napájecí zdroje, zejména jednosměrné motory. Trojfázový proud také vytváří rotující tok magnetického pole, který je schopen pohánět silné asynchronní motory.

Případně generátory stejnosměrného a střídavého proudu

DC generátory mají mnohem menší velikost a hmotnost než AC stroje. Mají složitější konstrukci než druhý, jsou stále používány v mnoha průmyslových odvětvích.

Hlavní distribuce, kterou obdrželi jako vysokorychlostní pohony v strojích, kde je vyžadována regulace rychlosti, například v kovoobráběcích strojích, v miních kladkostrojích, válcovnách. V dopravě jsou tyto generátory instalovány na dieselových lokomotivách, různých plavidlech. Mnoho modelů větrných generátorů je sestaveno na základě zdrojů konstantního napětí.

Generátory stejnosměrného proudu speciálního určení se používají při svařování, pro budování vinutí generátorů synchronního typu jako zesilovačů stejnosměrného proudu pro dodávání galvanických a elektrolytických zařízení.

Účelem alternátoru je vyrábět elektřinu v průmyslovém měřítku. Tento druh energie dal lidstvu Nikola Tesla. Proč je široce používán reverzní proud polarity než trvalý proud? To je způsobeno skutečností, že při přenášení stejnosměrného napětí dochází k velkým ztrátám v drátech. A čím déle je drát, tím vyšší jsou ztráty. Proměnné napětí je možné přepravovat po velkých vzdálenostech za mnohem nižší náklady. Kromě toho je snadné převést střídavé napětí (spouštění a zvedání), které generátor generuje 220 V.

Závěr

Člověk úplně neznal povahu magnetismu, který proniká kolem. A elektrická energie je jen malá část otevřených tajemství vesmíru. Stroje, které nazýváme generátory energie, jsou v podstatě velmi jednoduché, ale to, co nám mohou dát, je úžasné. Přesto skutečný zázrak zde není v technologii, nýbrž v myšlence člověka, který by mohl proniknout do nevyčerpatelného zásobníku nápadů, které se v prostoru vysypaly!