Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.
До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой. Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:
- Электростатическую индукцию
- Трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков
По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.
В 1827 венгр Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершен между 1852 и 1854) и стационарная и вращающаяся части были электромагнитные. Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора. Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.
Рис.1. Диск Фарадея
В 1831—1832 Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образо
Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток.
Информатика программирование : Генератор электрических колебаний высокой частоты
... цепях автогенератора могут быть следующие сдвиги фаз. Сдвиг фаз на угол ψ1=π, создаваемый усилительным элементом (например, транзистор при его включении по схеме с общим эмиттером), между ... автогенератор. 1.2 Процесс самовозбуждения В момент включения источника питания во всех цепях генератора проходят кратковременные импульсы токов. Так как одиночный импульс образует сплошной спектр колебаний, ...
Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле. Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска. Позднее в униполярный генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких, распределенных по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.
Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.
1. Принципы работы электрогенератора
Генераторы могут быть двух типов: синхронные и асинхронные.
Синхронные генераторы составляют основу электрического оборудования электростанций, т.е. практический вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами.
Устройство и принцип действия синхронного генератора заключается в
Рис. 2. Упрощенная модель синхронного генератора
Неподвижная часть машины, называемая статором, представляет собой полый шихтованный цилиндр 1 (сердечник статора) с двумя продольными пазами на внутренней поверхности. В этих палах расположены стороны витка 2, являющегося обмоткой статора. Во внутренней полости сердечника статора расположена вращающаяся часть машины — ротор, представляющий собой постоянный магнит 4 с полюсами N и S, закрепленный на валу 3. Вал ротора посредством ременной передачи механически связан с приводным двигателем (на рисунке не показан).
В реальном синхронном генераторе в качестве приводного двигателя может быть использован двигатель внутреннего сгорания либо турбина. Под действием вращающего момента приводного двигателя ротор генератора вращается с частотой n 1 против часовой стрелки. При этом в обмотке статора в соответствии с явлением электромагнитной индукции наводится ЭДС, направление которой показано на рисунке стрелками. Так как обмотка статора замкнута на нагрузку Z, то в цепи этой обмотки появится ток i.
В процессе вращения ротора магнитное поле постоянного магнита также вращается с частотой n 1, а поэтому каждый из проводников обмотки статора попеременно оказывается то в зоне северного (N) магнитного полюса, то и зоне южного (S) магнитного полюса. При этом каждая смена полюсов сопровождается изменением направления ЭДС в обмотке статора. Таким образом, в обмотке статора синхронного генератора наводится переменная ЭДС, а поэтому ток i в этой обмотке и в нагрузке Z также переменный.
Мгновенное значение ЭДС обмотки статора в рассматриваемом
где — магнитная индукция в воздушном зазоре между сердечником статора и полюсами ротора, Тл; — активная длина одной пазовой стороны обмотки статора, м; — скорость движения полюсов ротора относительно статора, м/с; D 1 — внутренний диаметр сердечника статора, м.
Эта формула показывает, что при неизменной частоте вращения ротора форма кривой переменной ЭДС обмотки якоря определяется исключительно законом распределения магнитной индукции в зазоре. Если бы график магнитной индукции в зазоре представлял собой синусоиду (), то ЭДС генератора была бы синусоидальной. Однако получить синусоидальное распределение индукции в зазоре практически невозможно. Так, если воздушный зазор постоянен то магнитная индукция в воздушном зазоре распределяется по трапецеидальному закону, а следовательно, и график ЭДС генератора представляет собой трапецеидальную кривую. Если края полюсов скосить так, чтобы зазор на краях полюсных наконечников был равен , то график распределения магнитной индукции в зазоре приблизится к синусоиде, а следовательно, и график ЭДС генератора приблизится к синусоиде.
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4А 80В2У
... условий работы и являются двигателями общего назначения. Это трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, рассчитанные на частоту сети 50 Гц. Они имеют исполнение степени защиты IP44 во всем диапазоне высот оси вращения ...
Частота ЭДС синхронного генератора (Гц) прямо пропорциональна частоте вращения ротора n 1 (об/мин), которую принято называть синхронной частотой вращения:
- Здесь — число пар полюсов; в рассматриваемом генераторе два полюса, т. е. =1
Для получения промышленной частоты ЭДС (50 Гц) ротор такого генератора необходимо вращать с частотой n 1 =3000 об/мин,
тогда .
Постоянные магниты на роторе применяются лишь в синхронных генераторах весьма малой мощности, в большинстве же синхронных генераторов для получения возбуждающего магнитного поля применяют обмотку возбуждения, располагаемую на роторе. Эта обмотка подключается к источнику постоянного тока через скользящие контакты, осуществляемые посредством двух контактных колец, располагаемых на валу и изолированных от вала и друг от друга, и двух неподвижных щеток.
Как уже отмечалось, приводной двигатель (ПД) приводит во вращение ротор синхронного генератора с синхронной частотой n 1 . При этом магнитное поле ротора также вращается с частотой n1 и индуцирует в трехфазной обмотке статора переменные ЭДС ЕA ЕВ ЕC , которые, будучи одинаковыми по значению и сдвинутыми по фазе относительно друг друга на периода (120 эл. град), образуют трехфазную симметричную систему ЭДС.
С подключением нагрузки в фазах обмотки статора появляются токи I А , IB , IC . При этом трехфазная обмотка статора создает вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна частоте вращения ротора генератора (об/мин):
Таким образом, в синхронном генераторе поле статора и ротор вращаются синхронно, отсюда и название — синхронный генератор.
2. Физические методы диагностирования генераторов
Периодичность, объем и нормы испытаний генераторов, электродвигателей, трансформаторов, выключателей и другого электрооборудования электрических станций и сетей РД 34.45-51.300-97 утверждены начальником Департамента науки и техники РАО «ЕЭС России» А.П. Берсеневым 8 мая 1997 г. В дальнейшем в них были внесены ряд изменений. Типовой объем и нормы измерений и испытаний генераторов во время или после монтажа, при капитальных и текущих ремонтах, а также в межремонтный период, приведены в пп. 3.2-3.34 данных правил.
Обслуживание и диагностика генератора
В объем технического обслуживания входят контрольно-диагностические, крепежные, смазочные, регулировочные, электротехнические и монтажно-демонтажные работы, связанные с проверкой и регулировкой отдельных узлов и агрегатов на специальных стендах и оборудовании.
Аккумуляторные батареи и генераторы
... поступает из внутренней полости каждого аккумулятора. Нагревательные элементы соединены параллельно и подключены через термовыключатель к двум зажимам колодки , закрепленной на наружной стенке бака. При ... изготовлении крышек заливают свинцовые втулки. Для надежного крепления наконечников стартерных проводов плюсовой и минусовой вывод- -конусные. В зависимости от полярности выводы обозначаются ...
Если при техническом обслуживании возникает сомнение в полной исправности отдельной
Если генератор поступает в электроцех при неудовлетворительной работе – проверять его сразу на стационарном стенде нет смысла. Его необходимо в начале разобрать, тщательно промыть и высушить все узлы и детали, затем провести проверку и обслуживание узлов. Сильно загрязненные кольца, с небольшим подгоранием и шероховатостями, следует зачистить стеклянной бумагой (зернистость 80–100), вращая якорь от руки.
Изношенные, сильно подгоревшие, имеющие биение контактные кольца следует проточить на токарном станке. Проверить состояние щеток (сколы и заедание щеток в гнездах
Сильно изношенные щетки следует заменить. Далее необходимо проверить упругость пружин щеткодержателей (это можно легко проверить, нажимая выступающей из щеткодержателя щеткой на тарелку весов).
При заедании или повышенном износе подшипников, их следует заменить. В целях контроля якорей генератора и стартера, путем проверки изоляции проводов обмоток, а также обнаружения обрывов в обмотках и наличия короткозамкнутых секций или замыкания их на «массу» – используют различные настольные приборы. После проведения вышеуказанных работ с заменой неисправных узлов и деталей и сборки генератора, следует его подвергнуть комплексной проверке на стационарном стенде.
Методика проверки генератора:
В начале производится проверка без нагрузки. – если при заданном напряжение число оборотов ротора не превышает соответствующего значения – можно перейти к проверке генератора под нагрузкой.
Проверка генератора под нагрузкой
Выключателем включают цепь нагрузки и при вращающемся роторе генератора увеличивают силу нагрузки, наблюдая за показаниями амперметра и вольтметра.
Номинальная величина напряжения поддерживается при этом увеличением частоты вращения ротора.
Как только сила тока нагрузки достигнет необходимой величины при номинальной величине напряжения, снимают показания тахометра. Генератор считают исправным, если необходимая сила тока нагрузки при номинальном напряжении достигается при частоте вращения ротора, не превышающей величины, указанной в технических условиях.
3. Типовые дефекты
Выходные параметры работы генератора не соответствуют техническим требованиям – т.е. несоответствие норме зарядного тока и напряжения. Эти показатели фиксируются амперметрами, вольтметрами.
Причины – неисправна электрическая часть генератора:
- замасливание щеток и контактных колец;
- подгорание контактных колец – происходит обычно при сильном искрообразовании между щетками и контактными кольцами;
- износ щеток и колец – при этом уменьшается сила прижатия щеток, что приводит к зависанию (заеданию в гнездах) щеток и повышенному подгоранию контактных колец;
- межвитковое замыкание в обмотках или замыкание проводов обмоток на массу – происходит в результате повреждения или естественного старения изоляции проводов катушек обмотки статора и обмотки возбуждения ротора, приводящая к снижению сопротивления изоляции – происходящее при этом замыкание смежных проводов катушек (или их замыкание на массу) как бы уменьшает количество проводов в обмотках и соответственно происходит отклонение выходных параметров от нормы (снижается напряжение, а сила зарядного тока наоборот увеличивается);
- обрыв проводов или выводов обмотки статора или ротора;
- окисление, ослабление или разрушение контактов соединительных проводов подключения генератора;
- пробой или обрыв диодов в выпрямителе.
4. Методы шумо-вибро диагностирования
Анализируя сигналы с вибродатчиков, установленных на подшипниках электрических машин можно выявить достаточно много специфических причин повышенной вибрации, возникающих только в электродвигателях и генераторах различного типа. Эти причины могут являться как прямым результатом наличия различных внутренних электромагнитных дефектов электрических машин, так и быть просто связанными со специфическими особенностями проявления электромагнитных процессов в обмотках и сердечниках, отражать особенности нормальной работы электродвигателей и генераторов в агрегатах.
Техническое обслуживание и ремонт генератора автомобиля ГАЗ
... роторе расположена обмотка возбуждения генератора. Выводы обмотки припаяны к двум медным контактным кольцам на вале ротора. Питание к ним подводится через две угольные щетки. ... двигатель при отсоединенном проводе от клеммы «+» генератора; проверять исправность генератора и регулятора напряжения ... внешней нагрузки и возрастании частоты вращения генератора. Время увеличивается при увеличении нагрузки и ...
