Войти
Генератор переменного тока, изготовленный в 1909 году компанией Ganz Works в энергетическом зале российской гидроэлектростанции (фотография Прокудина-Горского, 1911 г.) генератор - это электрический генератор, который преобразует механическую энергию в электрическую энергию в форме переменного тока. По соображениям стоимости и простоты в большинстве генераторов переменного тока используется вращающееся магнитное поле со стационарным якорем. Иногда используется линейный генератор переменного тока или вращающийся якорь со стационарным магнитным полем. В принципе, любой AC электрический генератор можно назвать генератором переменного тока, но обычно этот термин относится к небольшим вращающимся машинам, приводимым в действие автомобильными и другими двигателями внутреннего сгорания.
Генератор переменного тока, который использует постоянный магнит для своего магнитного поля, называется магнето. Генераторы на электростанциях с приводом от паровых турбин называются турбогенераторами. Большие 50 или 60 Гц трехфазные генераторы на электростанциях вырабатывают большую часть мировой электроэнергии, которая распределяется электрическими сетями.
То, что считается первым промышленным использованием переменного тока в 1891 году, рабочие позируют с генератором переменного тока Westinghouse на гидроэлектростанции Эймса. Эта машина использовалась как генератор, производящий однофазный переменный ток напряжением 3000 вольт, 133 герц, а идентичная машина, находящаяся в 3 милях, использовалась как двигатель переменного тока. Системы генерации переменного тока были известны в простых формах с момента открытия магнитной индукции электрического тока в 1830-е гг. Вращающиеся генераторы, естественно, производили переменный ток, но, поскольку он был малопригоден, он обычно преобразовывался в постоянный ток путем добавления в генератор коммутатора. Первые машины были разработаны первопроходцами, такими как Майкл Фарадей и Ипполит Пиксии. Фарадей разработал «вращающийся прямоугольник», работа которого была гетерополярной - каждый активный проводник последовательно проходил через области, где магнитное поле было в противоположных направлениях. Лорд Кельвин и Себастьян Ферранти также разработали первые генераторы переменного тока., производящие частоты от 100 до 300 Hz.
В конце 1870-х годов были введены первые крупные электрические системы с центральными генерирующими станциями для питания дуговыми лампами, используемыми для освещения целых улиц, заводских дворов или внутренних большие склады. Некоторые из них, такие как дуговые лампы Яблочкова, представленные в 1878 году, лучше работали на переменном токе, и разработка этих ранних систем генерации переменного тока сопровождалась первым использованием слова «генератор переменного тока». Подача надлежащего количества напряжения от генерирующих станций в этих ранних системах была оставлена на усмотрение инженера в «управлении нагрузкой». В 1883 году Ganz Works изобрели генератор постоянного напряжения, который мог производить заданное выходное напряжение независимо от значения фактической нагрузки. Появление трансформаторов в середине 1880-х годов привело к широкому использованию переменного тока и использованию генераторов переменного тока, необходимых для его производства. После 1891 года были введены многофазные генераторы переменного тока для подачи токов нескольких различных фаз. Более поздние генераторы переменного тока были разработаны для различных частот переменного тока от шестнадцати до примерно ста герц, для использования с дуговой подсветкой, лампами накаливания и электродвигателями. Специализированные радиочастотные генераторы переменного тока, такие как генератор переменного тока Alexanderson, были разработаны как длинноволновые радиопередатчики во время Первой мировой войны и использовались в нескольких мощных беспроводных телеграфах Станции до ламповых передатчиков заменили их.
Схема простого генератора переменного тока с вращающимся магнитным сердечником (ротор) и неподвижным проводом (статор), также показывающая ток, индуцируемый в статоре вращающимся магнитным полем ротора. Проводник, движущийся относительно магнитного поля, развивает в себе электродвижущую силу (ЭДС) (закон Фарадея ). Эта ЭДС меняет свою полярность, когда она движется под магнитными полюсами противоположной полярности. Обычно вращающийся магнит, называемый ротором, вращается внутри стационарного набора проводников, намотанных катушками на железном сердечнике, называемого статором. Поле пересекает проводники, создавая наведенную ЭДС (электродвижущую силу), поскольку механический вход заставляет ротор вращаться.
Вращающееся магнитное поле индуцирует переменное напряжение в обмотках статора. Поскольку токи в обмотках статора меняются в зависимости от положения ротора, генератор переменного тока является синхронным генератором.
Магнитное поле ротора может создаваться постоянными магнитами или электромагнитом катушки возбуждения. В автомобильных генераторах переменного тока используется обмотка ротора, которая позволяет регулировать напряжение, генерируемое генератором, путем изменения тока в обмотке возбуждения ротора. Машины с постоянными магнитами позволяют избежать потерь из-за тока намагничивания в роторе, но их размер ограничен из-за стоимости материала магнита. Поскольку поле постоянного магнита постоянно, напряжение на клеммах напрямую зависит от скорости генератора. Бесщеточные генераторы переменного тока обычно больше, чем те, которые используются в автомобилях.
Устройство автоматического регулирования напряжения управляет током возбуждения для поддержания постоянного выходного напряжения. Если выходное напряжение неподвижных катушек якоря падает из-за увеличения нагрузки, больше тока подается на вращающиеся катушки возбуждения через регулятор напряжения (VR). Это увеличивает магнитное поле вокруг катушек возбуждения, что вызывает большее напряжение в катушках якоря. Таким образом, выходное напряжение возвращается к исходному значению.
Генераторы переменного тока, используемые на центральных электростанциях, также управляют током возбуждения для регулирования реактивной мощности и для стабилизации энергосистемы от воздействия мгновенных сбоев. Часто имеется три набора обмоток статора, физически смещенных, так что вращающееся магнитное поле создает трехфазный ток, смещенный на одну треть периода относительно друг друга.
Один цикл переменного тока создается каждый раз, когда пара полюсов поля проходит через точку на неподвижной обмотке. Отношение между скоростью и частотой: 
Выходная частота генератора переменного тока зависит от количества полюсов и скорости вращения. Скорость, соответствующая определенной частоте, называется синхронной скоростью для этой частоты. В этой таблице приведены некоторые примеры:
| Полюса | Скорость вращения (об / мин), что дает… | ||
|---|---|---|---|
| 50 Гц | 60 Гц | 400 Гц | |
| 2 | 3,000 | 3,600 | 24,000 |
| 4 | 1,500 | 1,800 | 12,000 |
| 6 | 1,000 | 1,200 | 8,000 |
| 8 | 750 | 900 | 6000 |
| 10 | 600 | 720 | 4,800 |
| 12 | 500 | 600 | 4,000 |
| 14 | 428,6 | 514,3 | 3,429 |
| 16 | 375 | 450 | 3000 |
| 18 | 333,3 | 400 | 2,667 |
| 20 | 300 | 360 | 2400 |
| 40 | 150 | 180 | 1200 |
Генераторы переменного тока можно классифицировать по способу возбуждения, количеству фаз, типу вращения, способу охлаждения и их применению.
Есть два основных способа производства магнитное поле, используемое в генераторах переменного тока, с помощью постоянных магнитов, которые создают собственное постоянное магнитное поле, или с помощью катушек возбуждения. Генераторы переменного тока, в которых используются постоянные магниты, конкретно называются магнето.
. В других генераторах переменного тока катушки с обмоткой поля образуют электромагнит для создания вращающегося магнитного поля.
Устройство, которое использует постоянные магниты для производства переменного тока, называется генератором с постоянными магнитами (PMA). Генератор на постоянных магнитах (PMG) может вырабатывать как переменный, так и постоянный ток, если он имеет коммутатор.
Этот метод возбуждения состоит из меньший генератор постоянного тока (DC), закрепленный на одном валу с генератором. Генератор постоянного тока вырабатывает небольшое количество электроэнергии, достаточное для возбуждения катушек возбуждения подключенного генератора переменного тока для выработки электричества. Разновидностью этой системы является тип генератора переменного тока, который использует постоянный ток от батареи для начального возбуждения при запуске, после чего генератор становится самовозбуждающимся.
Это Метод зависит от остаточного магнетизма, сохраняющегося в железном сердечнике, для создания слабого магнитного поля, которое позволит генерировать слабое напряжение. Это напряжение используется для возбуждения катушек возбуждения генератора переменного тока для генерации более сильного напряжения в процессе его нарастания. После начального повышения напряжения переменного тока в поле подается выпрямленное напряжение от генератора переменного тока.
Бесщеточный генератор переменного тока состоит из двух генераторов переменного тока, встроенных в одну линию. -концы на одном валу. До 1966 года в генераторах использовались щетки с вращающимся полем. С развитием полупроводниковой технологии стали возможны бесщеточные генераторы переменного тока. Бесщеточные генераторы меньшего размера могут выглядеть как одно целое, но в больших версиях эти две части легко различимы. Большая из двух секций - это главный генератор, а меньшая - возбудитель. Возбудитель имеет катушки постоянного возбуждения и вращающийся якорь (силовые катушки). В главном генераторе используется противоположная конфигурация с вращающимся полем и неподвижным якорем. На роторе установлен мостовой выпрямитель, называемый вращающимся выпрямительным узлом. Не используются ни щетки, ни контактные кольца, что снижает количество изнашиваемых деталей. Главный генератор переменного тока имеет вращающееся поле, как описано выше, и неподвижный якорь (обмотки для выработки электроэнергии).
Варьируя величину тока через катушки поля стационарного возбудителя, изменяется трехфазный выход возбудителя. Этот выходной сигнал выпрямляется вращающимся выпрямительным узлом, установленным на роторе, и возникающий в результате постоянный ток питает вращающееся поле главного генератора переменного тока и, следовательно, выходного сигнала генератора. Результатом всего этого является то, что небольшой постоянный ток возбудителя косвенно управляет выходной мощностью основного генератора.
Другой способ классификации генераторов - по количеству фаз их выходное напряжение. Выход может быть однофазным или многофазным. Трехфазные генераторы переменного тока являются наиболее распространенными, но многофазные генераторы переменного тока могут быть двухфазными, шестифазными или более.
Вращающейся частью генераторов переменного тока может быть якорь или магнитное поле. Якорь вращающегося типа имеет якорь, намотанный на ротор, где обмотка движется через постоянное магнитное поле. Тип якоря револьверный применяется нечасто. Тип вращающегося поля имеет магнитное поле на роторе для вращения через неподвижную обмотку якоря. Преимущество состоит в том, что в этом случае цепь ротора несет гораздо меньшую мощность, чем цепь якоря, что делает соединения контактного кольца меньше и дешевле; только два контакта необходимы для ротора постоянного тока, тогда как часто обмотка ротора имеет три фазы и несколько секций, каждая из которых требует соединения контактного кольца. Стационарный якорь можно намотать на любой удобный уровень среднего напряжения до десятков тысяч вольт; производство контактных колец на напряжение более нескольких тысяч вольт дорого и неудобно.
Многие генераторы переменного тока охлаждаются окружающим воздухом, который пропускается через кожух с помощью подключенного вентилятора на том же валу, который приводит в движение генератор. В транспортных средствах, таких как транзитные автобусы, большая нагрузка на электрическую систему может потребовать от большого генератора переменного тока с масляным охлаждением. В морских приложениях также используется водяное охлаждение. В дорогих автомобилях могут использоваться генераторы с водяным охлаждением для удовлетворения высоких требований к электрической системе.
Большинство электростанций используют синхронные машины в качестве генераторов. Подключение этих генераторов к электросети требует выполнения условий синхронизации.
Генератор установлен на автомобильном двигателе с помощью змеевидного ремня шкива (ремень отсутствует) Генераторы переменного тока используются в современных автомобилях для зарядки аккумулятора и для питания электрической системы, когда его двигатель работает.
До 1960-х годов в автомобилях использовались генераторы постоянного тока динамо с переключателями . При наличии доступных выпрямителей на кремниевых диодах вместо них использовались генераторы.
В более поздних тепловозах и дизель-электровозах первичный двигатель поворачивает генератор, который обеспечивает электроэнергией тяговые двигатели (переменного или постоянного тока).
Тяговый генератор обычно включает встроенные кремниевые диодные выпрямители, обеспечивающие тяговые двигатели напряжением до 1200 вольт постоянного тока.
Первые дизельные электровозы, и многие из них до сих пор эксплуатируются, используют генераторы постоянного тока, поскольку до кремниевой силовой электроники было легче контролировать скорость тяговых двигателей постоянного тока. У большинства из них было два генератора: один для генерации тока возбуждения для большего основного генератора.
Необязательно, генератор также подает мощность головной части (HEP) или мощность для обогрева электропоезда. Опция HEP требует постоянной скорости двигателя, обычно 900 об / мин для приложения HEP 480 В 60 Гц, даже когда локомотив не движется.
Судовые генераторы, используемые на яхтах, аналогичны автомобильным генераторам переменного тока с соответствующей адаптацией к среде соленой воды. Судовые генераторы разработаны так, чтобы быть взрывозащищенными, поэтому искрение щеткой не воспламеняет взрывоопасные газовые смеси в машинном отделении. Они могут быть на 12 или 24 В в зависимости от типа установленной системы. Более крупные морские дизели могут иметь два или более генератора переменного тока, чтобы справиться с высокими потребностями в электроэнергии современной яхты. В цепях с одним генератором мощность может быть разделена между пусковой батареей двигателя и бытовой или домашней батареей (или батареями) с помощью диода разделенного заряда (изолятор батареи ) или реле, чувствительное к напряжению.
Высокочастотные генераторы переменного тока с переменным магнитным сопротивлением коммерчески применялись для радиопередачи в низкочастотных диапазонах. Они использовались для передачи кода Морзе и экспериментально для передачи голоса и музыки. В генераторе Alexanderson как обмотка возбуждения, так и обмотка якоря неподвижны, и ток индуцируется в якоре за счет изменяющегося магнитного сопротивления ротора (который не имеет обмоток или токоведущих частей). Такие машины были сделаны для выработки радиочастотного тока для радиопередач, хотя эффективность была низкой.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с генераторами переменного тока. |
