§ 31. Генератори. Трифазний струм

Принцип дії індукційного генератора. Електричні машини, у яких механічна енергія перетворюється на електричну завдяки явищу електромагнітної індукції, називають індукційними генераторами. Зараз є багато різних типів індукційних генераторів, але всі вони складаються з однакових основних частин. Найпростіший індукційний генератор — рамка, яка рівномірно обертається у магнітному полі (мал. 135). Основні частини цієї установки такі: 1 — індуктор, який створює магнітне поле; 2 — якір (провідник, у якому наводиться ЕРС); 3 — металеві кільця; 4 — щітки.

Мал. 135. Найпростіша модель індукційного генератора

У зображеній на малюнку моделі генератора обертається дротяна рамка, яка є ротором (правда, без залізного осердя). Магнітне поле створює нерухомий постійний магніт. Зрозуміло, можна було б вчинити і навпаки: обертати магніт, а рамку залишити нерухомою.

Для отримання великого магнітного потоку в генераторах застосовують спеціальну магнітну систему (мал. 136), що складається з двох осердь, зроблених з електротех нічної сталі. Обмотки, що створюють магнітне поле, розміщені в пазах одного з осердь, а обмотки, у яких індукується ЕРС, — у пазах другого. Одне з осердь (зазвичай внутрішнє) разом зі своєю обмоткою обертається довкола горизонтальної або вертикальної осі. Тому воно називається ротором. Нерухоме осердя з його обмоткою називають статором. Зазор між осердями статора й ротора роблять якомога меншим, щоб збільшити потік магнітної індукції.

Мал. 136. Магнітна система генератора

У великих промислових генераторах обертається саме електромагніт, який є ротором, водночас обмотки, в яких наводиться ЕРС, укладені в пазах статора й залишаються нерухомими. Річ у тім, що підводити струм до ротора або відводити його з обмотки ротора в зовнішнє коло доводиться за допомогою ковзаючих контактів. Для цього ротор забезпечується контактними кільцями, приєднаними до кінців його обмотки. Нерухомі пластини (щітки) притиснуті до кілець і здійснюють зв’язок обмотки ротора із зовнішнім колом. Сила струму в обмотках електромагніту, що створює магнітне поле, значно менша за силу струму, що віддається генератором у зовнішнє коло. Струм, що генерується, зручніше знімати з нерухомих обмоток, а через ковзні контакти підводити порівняно слабкий струм до електромагніту, що обертається. Цей струм виробляється окремим генератором постійного струму (збудником).

У малопотужних генераторах магнітне поле створюється постійним магнітом, що обертається. У такому разі кільця та щітки взагалі не потрібні. Поява ЕРС в нерухомих обмотках статора пояснюється виникненням в них вихрового електричного поля, породженого зміною магнітного потоку внаслідок обертання ротора.

Сучасний генератор електричного струму — це значна споруда з мідних дротів, ізоляційних матеріалів і сталевих конструкцій. Маючи розміри в декілька метрів, найважливіші деталі генераторів потребують виготовлення з точністю до міліметра. Ніде в природі немає такого поєднання рухомих частин, які могли би породжувати електричну енергію настільки ж безперервно й економічно.

Генератор постійного струму виробляє струм постійний за напрямком і значенням (мал. 137). Це забезпечується тим, що ліва щітка колектора 3 завжди з’єднана зі стороною рамки 2, яка піднімається в полі постійного магніту 1, а права — зі стороною, яка опускається. На практиці обмотку якоря виготовляють із секцій, які з’єднують з окремими секторами колектора. Така конструкція зменшує пульсації струму, тобто робить його значення сталим.

Мал. 137. Схема генератора постійного струму

Трифазний струм. Генератор трифазного змінного струму відрізняється від індукційного генератора тим, що на його статорі замість однієї обмотки якоря розміщено три однакові обмотки, зміщені одна від одної на 120°. Початки обмоток позначено буквами А, В, С, а кінці — відповідно Х, Y, Z (мал. 138).

Мал. 138. Схема генератора трифазного струму

Струм, який виникає в обмотках генератора, називають трифазним струмом. Трифазний струм має важливі переваги порівняно зі звичайним змінним струмом, тому майже на всіх електростанціях встановлено генератори трифазного струму. Кожну з трьох фаз генератора можна було б приєднати окремими провідниками до споживачів і використовувати у вигляді окремих джерел змінного струму. Проте це недоцільно, і фази завжди з’єднують між собою.

На малюнку 139 показано спосіб з’єднання зіркою: кінці фаз генератора X, Y, Z з’єднують в один вузол О, який називають нейтральною точкою, або нейтраллю.

Аналогічно приєднані споживачі, що розбиті на три групи, які називають фазами навантаження. Генератор і споживачів з’єднують чотири провідники АА’, ВВ’, СС’, які називають лінійними, а ОО’ — нейтральним провідником.

Напругу між початком кожної фази А, В, С і нульовою точкою називають фазовими напругами й позначають U_A, U_B, U_C або в загальному випадку U_Ф. Напруги між початками обмоток, тобто між лінійними провідниками, називають лінійними, їх позначають U_AB, U_BC, U_AC або U_Л. Лінійні напруги дорівнюють різниці відповідних фазових напруг.

Наприклад, U_Л = U_AB = U_A – U_B на малюнку 140, а (с. 138) зображено вектором U_AB, який сполучає кінці векторів U_A і U_B (напрямленим з кінця вектора, який віднімають, до кінця вектора, від якого віднімають). Аналогічно визначають напруги U_BC і U_AC.

Мал. 139. Магнітна система генератора

У випадку з’єднання зіркою лінійна напруга в √3 раз більша за фазову: U_Л = U_Ф√3 . Так, якщо фазова напруга дорівнює 127 В, то лінійна становить 127 • √3 = 220 В.

Струми, які течуть у фазах, називають фазовими струмами (позначають І_Ф), а струми в лінійних провідниках — лінійними струмами (І_Л). Струми у фазах генератора дорівнюють відповідним лінійним струмам і струмам у фазах навантаження, тобто І_Ф = І_Л.

Величина цих струмів визначається фазовими напругами й опорами навантаження. Зазначимо, що тільки в разі активного навантаження струми збігаються за фазою з відповідними фазовими напругами; якщо ж навантаження має індуктивний або ємнісний характер, то струми відстають або випереджають напругу на кут φ. Струм у нейтральному провіднику I₀ дорівнює сумі фазових струмів. За однакового навантаження фаз струми І_А, І_В, І_С є однаковими за величиною й утворюють симетричну зірку векторів (мал. 140, б). У цьому випадку струм у нейтральному проводі дорівнює нулю.

Мал. 140. Векторні діаграми: а — напруг; б — сили струмів

Інший спосіб з’єднання — трикутником: початок кожної фази з’єднують з кінцем попередньої фази, так, що фази утворюють замкнений трикутник (мал. 141). У разі такого з’єднання U_Л = U_Ф, І_Л = І_Ф √3 .

Мал. 141. Схема з’єднання трикутником фаз генератора і фаз споживачів

Обмотки генератора можуть бути з’єднані зіркою, а споживачі — трикутником, і навпаки. Загальна активна потужність трифазної системи (незалежно від способу з’єднання) Р = Р_A + Р_B + Р_C = 3Р_Ф = 3І_ФU_Ф cos φ або Р = √3 І_ЛU_Л cos φ. Отже, це співвідношення доводить, що лінія передавання трифазного струму економічніша у порівнянні з лінією передач однофазного струму.

ЗНАЮ, ВМІЮ, РОЗУМІЮ

1. На якому принципі ґрунтується робота генератора змінного струму? 2. Генератор струму почав обертатися нерівномірно. Як це вплинуло на характеристики створюваного ним змінного струму? 3. Для компенсації небажаного зсуву фаз між струмом і напругою на ділянці кола з електродвигуном використовують конденсатори необхідної ємності. Як їх вмикають — паралельно чи послідовно? 4. Яка система змінного струму називається трьохфазною? 5. Які способи з’єднання фазних обмоток трьохфазного генератора ви знаєте? 6. Яка напруга називається фазною; лінійною? Яке співвідношення між лінійними і фазними напругами в разі з’єднання обмоток генератора зіркою; трикутником? 7. Чому обмотки трьохфазного генератора найчастіше з’єднують зіркою?

• 1. Частота змінного струму — 400 Гц. З якою частотою (в об/хв) має обертатись ротор генератора такого струму, якщо в нього: а) одна пара полюсів; б) n пар полюсів?
• 2. У скільки разів зміниться напруга генератора змінного струму, якщо частота обертання його ротора збільшиться в n разів?
• 3. Частота обертання ротора чотирьохполюсного генератора дорівнює 1500 хв -1 . Визначте частоту змінної ЕРС генератора.
• 4. Скільки пар магнітних полюсів має ротор гідрогенератора, якщо він виробляє змінний струм стандартної частоти? Частота обертання ротора —125 хв -1 .
• 5. Визначте коефіцієнт потужності та зсув фаз між напругою і силою струму, якщо вольтметр, підключений до електродвигуна, показав 220 В, амперметр — 10 А, а ватметр — 2 кВт.
• 6. Електродвигун живиться від джерела струму з ЕРС 24 В. У випадку, коли сила струму в колі 8 А, механічна потужність двигуна становить 96 Вт. Якою буде сила струму в колі, якщо загальмувати якір?
• 7. Електродвигун живиться від мережі з напругою 24 В. Яка потужність на валу двигуна (механічна потужність) за сили струму в його обмотці I = 8 А, коли відомо, що за повного гальмування якоря сила струму в колі I₀ = 16 А?
• 8. Генератор змінного струму має на роторі 6 пар полюсів. З якою частотою має обертатися ротор, щоб генератор виробляв струм стандартної частоти?
• 9. Ротор генератора має 50 пар полюсів й обертається із частотою 2400 об/хв. ЕРС якої частоти збуджується в цьому генераторі?

Схеми генераторів постійного струму і їх характеристики

Порушення генераторів постійного струму: а – незалежне, б – паралельне, в – послідовне, г – змішане.

Всі перераховані генератори мають однаковий пристрій і відрізняються лише виконанням обмоток збудження. Обмотки незалежного і паралельного збудження виготовляють з дроту малого перерізу, вони мають велике число витків, обмотку послідовного збудження – з дроту великого перетину, вона має мале число витків.

Про властивості генераторів постійного струму судять по їх характеристикам: холостого ходу, зовнішньої і регулювальної. Нижче будуть розглянуті ці характеристики для генераторів різного типу.

Генератор з незалежним збудженням

Характерною особливістю генератора з незалежним збудженням (рис. 1) є те, що його струм збудження Iв не залежить від струму якоря I я, а визначається тільки напругою Uв подається на обмотку збудження, і опором Rв ланцюга збудження.

Мал. 1. Принципова схема генератора з незалежним збудженням

Зазвичай струм збудження невеликий і становить 2-5% номінального струму якоря. Для регулювання напруги генератора в ланцюг обмотки збудження часто включають регулювальний реостат Rрв. На тепловозах ток Iв регулюють шляхом зміни напруги Uв.

Характеристика холостого ходу генератора (рис. 2, а) – залежність напруги Uo при холостому ході від струму збудження Iв при відсутності навантаження Rн, т. Е. При Iн = Iя = 0 і при постійній частоті обертання п. При холостому ході, коли ланцюг навантаження розімкнути, напруга генератора Uo одно його е. д. з. Eo = cЕФn.

Так як при знятті характеристики холостого ходу частота обертання n підтримується незмінною, то напруга Uo залежить тільки від магнітного потоку Ф. Тому характеристика холостого ходу буде подібна залежності потоку Ф від струму збудження I я (магнітної характеристиці магнітного ланцюга генератора).

Характеристику холостого ходу легко зняти експериментально, поступово збільшуючи струм збудження від нуля до значення, при якому U0 = 1,25Uном, а потім зменшуючи струм збудження до нуля. При цьому виходять висхідна 1 і спадна 2 гілки характеристики. Розбіжність цих гілок пояснюється наявністю гістерезису в муздрамтеатрі машини. При Iв = 0 в обмотці якоря потоком залишкового магнетизму індукується залишкова е. д. з. Еост, яка зазвичай становить 2-4% номінального напруги Uном.

При малих токах збудження магнітний потік машини невеликий, тому в цій області потік і напруга Uo змінюються прямо пропорційно току збудження і початкова частина цієї характеристики є прямою. При збільшенні струму збудження магнітна ланцюг генератора насичується і наростання напруги Uo сповільнюється. Чим більше стає струм збудження, тим сильніше позначається насичення магнітного кола машини і тим повільніше зростає напруга U0. При дуже великих токах збудження напруга Uo практично перестає зростати.

Характеристика холостого ходу дозволяє судити про значення можливого напруги і про магнітні властивості машини. Номінальна напруга (вказане в паспорті) для машин загального застосування відповідає насиченою частини характеристики ( «коліну» цієї кривої). У тепловозних генераторах, що вимагають регулювання напруги в широких межах, використовують як криволінійну, так і прямолінійну ненасичену частина характеристики.

Е. д. С. машини змінюється пропорційно частоті обертання n, тому при n2

Зовнішня характеристика генератора (рис. 2, б) являє собою залежність напруги U від струму навантаження I п = I я при постійних частоті обертання n і струмі збудження Iв. Напруга генератора U завжди менше його е. д. з. Е на значення падіння напруги у всіх обмотках, включених послідовно в ланцюг якоря.

Зі збільшенням навантаження генератора (струму обмотки якоря I я – IН) напруга генератора зменшується з двох причин:

1) через збільшення падіння напруги в ланцюзі обмотки якоря,

2) через зменшення е. д. з. в результаті розмагнічуючого дії потоку якоря. Магнітний потік якоря кілька послаблює головний магнітний потік Ф генератора, що призводить до деякого зменшення його е. д. з. Е при навантаженні в порівнянні з е. д. з. Ео при холостому ході.

Зміна напруги при переході від режиму холостого ходу до номінальної навантаженні в розглянутому генераторі складає 3 – 8℅ від номінального.

Якщо замкнути зовнішній ланцюг на дуже малий опір, т. Е. Зробити коротке замикання генератора, то напруга його падає до нуля. Струм в обмотці якоря Ік при короткому замиканні досягне неприпустимого значення, при якому може перегоріти обмотка якоря. У машинах малої потужності струм короткого замикання може в 10-15 разів перевищити номінальний струм, в машинах великої потужності це співвідношення може досягати 20-25.

Мал. 2. Характеристики генератора з незалежним збудженням: а – холостого ходу, б – зовнішня, в – регулювальна

Регулювальна характеристика генератора (рис. 2, в) являє собою залежність струму збудження Iв від струму навантаження Iн при постійній напрузі U і частоті обертання п. Вона показує, як треба регулювати струм збудження, щоб підтримувати постійним напруга генератора при зміні навантаження. Очевидно, що в цьому випадку в міру зростання навантаження потрібно збільшувати струм збудження.

Перевагами генератора з незалежним збудженням є можливість регулювання напруги в широких межах від 0 до Umax шляхом зміни струму збудження і мале зміна напруги генератора під навантаженням. Однак він вимагає наявності зовнішнього джерела постійного струму для живлення обмотки збудження.

Генератор з паралельним збудженням.

В цьому генераторі (рис. 3, а) струм обмотки якоря I я розгалужується в зовнішній ланцюг навантаження RH (струм Iн) і в обмотку збудження (струм Iв), струм Iв для машин середньої та великої потужності становить 2-5% номінального значення струму в обмотці якоря. У машині використовується принцип самозбудження, при якому обмотка збудження живиться безпосередньо від обмотки якоря генератора. Однак самозбудження генератора можливо тільки при виконанні ряду умов.

1. Для початку процесу самозбудження генератора необхідна наявність в магнітному колі машини потоку залишкового магнетизму, який індукує в обмотці якоря е. д. з. Еост. Ця е. д. з. забезпечує протікання по ланцюгу «обмотка якоря – обмотка збудження» деякого початкового струму.

2. Магнітний потік, створюваний обмоткою збудження, повинен бути спрямований згідно з магнітним потоком залишкового магнетизму. В цьому випадку в процесі самозбудження буде наростати струм збудження Iв і, отже, магнітний потік Ф машини е. д. з. Е. Це буде тривати до тих пір, поки з-за насичення магнітного кола машини не припиниться подальше збільшення Ф, а отже, Е і Iв. Збіг у напрямку зазначених потоків забезпечується шляхом правильного приєднання обмотки збудження до обмотці якоря. При неправильному її підключенні відбувається розмагнічування машини (зникає залишковий магнетизм) і е. д. з. Е зменшується до нуля.

3. Опір ланцюга збудження RB має бути менше деякого граничного значення, званого критичним опором. Тому для якнайшвидшого збудження генератора рекомендується при включенні генератора в роботу повністю виводити регулювальний реостат Rрв, включений послідовно з обмоткою збудження (див. Рис. 3, а). Ця умова обмежує також можливий діапазон регулювання струму збудження, а отже, і напруги генератора з паралельним збудженням. Зазвичай зменшувати напругу генератора шляхом збільшення опору кола обмотки збудження можна лише до (0,64-0,7) Uном.

Мал. 3. Принципова схема генератора з паралельним збудженням (а) і зовнішні характеристики генераторів з незалежним і паралельним збудженням (б)

Слід зазначити, що для самозбудження генератора необхідно, щоб процес збільшення його е. д. з. E і струму збудження Iв відбувався при роботі машини в режимі холостого ходу. В іншому випадку через малу значення Eoст і великого внутрішнього падіння напруги в ланцюзі обмотки якоря напруга, що подається на обмотку збудження, може зменшитися майже до нуля і струм збудження не зможе збільшитися. Тому навантаження до генератора слід підключати тільки після встановлення на його затискачах напруги, близького до номінального.

При зміні напрямку обертання якоря змінюється полярність щіток, а отже, і напрямок струму в обмотці збудження, в цьому випадку генератор розмагнічується.

Щоб уникнути цього при зміні напрямку обертання необхідно переключити дроти, що приєднують обмотку збудження до обмотці якоря.

Зовнішня характеристика генератора (крива 1 на рис. 3, б) являє собою залежність напруги U від струму навантаження Iн при незмінних значеннях частоти обертання n і опору кола збудження RB. Вона розташовується нижче зовнішньої характеристики генератора з незалежним збудженням (крива 2).

Пояснюється це тим, що крім тих же двох причин, які сприяють зменшенню напруги з ростом навантаження в генераторі з незалежним збудженням (падіння напруги в ланцюзі якоря і розмагнічуюче дію реакції якоря), в розглянутому генераторі існує ще третя причина – зменшення струму збудження.

Так як струм збудження IB = U / R в, т. Е. Залежить від напруги U машини, то зі зменшенням напруги за вказаними двох причин зменшується магнітний потік Ф і е. д. з. генератора Е, що призводить до додаткового зменшення напруги. Максимальний струм Iкр, відповідний точці а, називається критичним.

При короткому замиканні обмотки якоря струм Ік генератора з паралельним збудженням малий (точка б), так як в цьому режимі напруга і струм збудження дорівнюють нулю. Тому струм короткого замикання створюється тільки е. д. з. від залишкового магнетизму і становить (0,4 . 0,8) Iном .. Зовнішня характеристика точкою а ділиться на дві частини: верхню – робочу і нижню – неробочу.

Зазвичай використовується не вся робоча частина, а тільки деякий її відрізок. Робота на ділянці аб зовнішньої характеристики нестійка, в цьому випадку машина переходить в режим, відповідний точці б, т. Е. В режим короткого замикання.

Характеристику холостого ходу генератора з паралельним збудженням знімають при незалежному збудженні (коли струм в якорі Iя = 0), тому вона нічим не відрізняється від відповідної характеристики для генератора з незалежним збудженням (див. Рис. 2, а). Регулювальна характеристика генератора з паралельним збудженням має такий же вигляд, як і характеристика для генератора з незалежним збудженням (див. Рис. 2, в).

Генератори з паралельним збудженням застосовують для живлення електричних споживачів в пасажирських вагонах, автомобілях і літаках, в якості генераторів управління на електровозах, тепловозах і моторних вагонах і для заряду акумуляторних батарей.

Генератор з послідовним збудженням

У цього генератора (рис. 4, а) струм збудження Iв дорівнює току навантаження Iн = Iя і напруга сильно змінюється при зміні струму навантаження. При холостому ході в генераторі індукується невелика е. д. з. Еост, створювана потоком залишкового магнетизму (рис. 4, б).

Зі збільшенням струму навантаження I та = Iв = Iя зростають магнітний потік, е. д. з. і напруга генератора, це зростання, як і у інших самозбуджується машин (генератора з паралельним збудженням), триває до певної межі, обумовленого магнітним насиченням машини.

При збільшенні струму навантаження понад Iкр напруга генератора починає зменшуватися, так як магнітний потік збудження через насичення майже перестає збільшуватися, а розмагнічуюче дію реакції якоря і падіння напруги в ланцюзі обмотки якоря IяΣRя продовжують зростати. Зазвичай ток Iкр значно більше номінального струму. Генератор може працювати стійко тільки на частині аб зовнішньої характеристики, т. Е. При токах навантаження, великих номінального.

Так як в генераторах з послідовним збудженням напруга сильно змінюється при зміні навантаження, а при холостому ході близько в нулю, вони непридатні для харчування більшості електричних споживачів. Використовують їх лише при електричному (реостатному) гальмуванні двигунів з послідовним збудженням, які при цьому переводяться в генераторний режим.

Мал. 4. Принципова схема генератора з послідовним збудженням (а) і його зовнішня характеристика (б)

Генератор зі змішаним збудженням.

В цьому генераторі (рис. 5, а) найчастіше паралельна обмотка збудження є основною, а послідовна – допоміжної. Обидві обмотки знаходяться на одних полюсах і з’єднані так, щоб створювані ними магнітні потоки складалися (при згодному включенні) або віднімати (при зустрічному включенні).

Генератор зі змішаним збудженням при згодному включенні його обмоток збудження дозволяє отримати приблизно постійна напруга при зміні навантаження. Зовнішня характеристика генератора (рис. 5, б) може бути в першому наближенні представлена ​​у вигляді суми характеристик, створюваних кожною з обмоток збудження.

Мал. 5. Принципова схема генератора зі змішаним збудженням (а) і його зовнішні характеристики (б)

При включенні тільки однієї паралельної обмотки, по якій проходить струм збудження Iв1, напруга генератора U поступово зменшується з ростом струму навантаження Iн (крива 1). При включенні однієї послідовної обмотки, по якій проходить струм збудження Iв2 = Iн напруга U зростає зі збільшенням струму Iн (крива 2).

Якщо підібрати число витків послідовної обмотки так, щоб при номінальному навантаженні створюване нею напруга ΔUПОСЛ компенсувало сумарне падіння напруги ΔU при роботі машини з одного тільки паралельної обмоткою, то можна домогтися, щоб напруга U при зміні струму навантаження від нуля до номінального значення залишалося майже незмінним ( крива 3). Практично воно змінюється в межах 2-3%.

Збільшуючи число витків послідовної обмотки, можна отримати характеристику, при якій напруга UHOM буде більше напруги Uо при холостому ході (крива 4), така характеристика забезпечує компенсацію падіння напруги не тільки у внутрішньому опорі ланцюга якоря генератора, але і в лінії, що з’єднує його з навантаженням . Якщо послідовну обмотку включити так, щоб створюваний нею магнітний потік був спрямований проти потоку паралельної обмотки (зустрічне включення), то зовнішня характеристика генератора при великому числі витків послідовної обмотки буде круто падаючої (крива 5).

Зустрічне включення послідовної і паралельної обмоток збудження застосовують у зварювальних генераторах, що працюють в умовах частих коротких замикань. У таких генераторах при короткому замиканні послідовна обмотка майже повністю розмагнічує машину і зменшує струм к. З. до значення, безпечного для генератора.

Генератори з зустрічно включеними обмотками збудження використовують на деяких тепловозах в якості збудників тягових генераторів, вони забезпечують сталість потужності, що віддається генератором.

Такі збудники застосовують також на електровозах постійного струму. Вони живлять обмотки збудження тягових двигунів, які при рекуперативному гальмуванні працюють в генераторному режимі, і забезпечують отримання круто падаючих зовнішніх характеристик.

Генератор змішаного збудження є типовим прикладом регулювання по впливі, що обурює.

Генератори постійного струму часто включаються паралельно для роботи на загальну мережу. Необхідною умовою паралельної роботи генераторів з розподілом навантаження пропорційно номінальної потужності є ідентичність їх зовнішніх характеристик. У разі застосування генераторів змішаного збудження їх послідовні обмотки для вирівнювання струмів доводиться з’єднувати в загальний блок за допомогою зрівняльного дроти.

Обмотка в генераторі: мідна або алюмінієва – яка краще?

У генератора важливі функції. Він є надійним, що не вибагливим, економічним способом живити приміщення електрикою. Виступати апарат може в якості основного або резервного джерела живлення, в залежності від конструктивних особливостей.

Багато деталей в генератори важливі, в тому числі, і така, на перший погляд дрібниця, як обмотка. У даній статті і піде мова саме про цю дрібниці. Ми розглянемо її призначення, а також види матеріалу, з якого виготовлена обмотка.

Що таке електрогенератор?

Електричний генератор – це апарат, здатний перетворювати механічну енергію в електричну.

Робота машини ґрунтується на принципі індукції, тобто, в проводі, який рухається в магнітному полі, наводиться електрорушійна сила (ЕРС).

Електрогенератори можуть видавати і постійний і змінний струм. Саме ж слово «генератор» з латині дослівно перекласти можна, як «виробник».

Електрогенератори постійного струму

Дані апарати можуть відрізнятися за характером порушення. В генераторах електромагнітного збудження обмотка розташовується на основних полюсах і підключається саме до джерела живлення. Генератори з магнітоелектричним типом збудження приходять в дію за рахунок постійних магнітів, які є матеріалами виготовлення полюсів. Дані машини широко застосовуються в промислових будівлях, де потрібна наявність постійного струму. До них відносяться приміщення, пов’язані з металургією, електролізним виробництвом, транспорт, судна тощо. Як збудників синхронних генераторів і виробників постійного струму, даного типу генератори застосовні і на електростанціях.

Електрогенератори змінного струму

Дані машини дають можливість отримати великі струми при досить високій напрузі. Зараз, розрізняють кілька типів подібних апаратів.

Складаються вони з електричного і постійного магніту. Разом вони створюють магнітне поле. Також, в конструкцію входить обмотка, в ній і індукується змінна електрорушійна сила.

Синхронні та асинхронні

За типом двигуна, встановленого в генератор, визначається його тип. Генератор може бути синхронним і асинхронним. За своєю будовою другий виконаний набагато простіше, ніж перший, так як в ньому відсутні вугільні щітки і обмотка. Тому, мова в нашій статті піде про синхронних генераторах.

Яка функція обмотки альтернатора

Щоб порушити ЕРС на ділянках, що знаходиться в генераторі, статорі, слід відтворити змінну структуру магнітного поля. Поле проводиться завдяки магнітному якоря, який також є ротором. Намагнічення здійснюється за допомогою обмотки. Вона намотана на ротор і статор і являє собою металевий дріт.

Як тільки змінюється електричний струм, починається вплив на структуру магнітного поля і, само собою зрозуміло, на вихідну напругу статора. За допомогою електричної схеми з зворотною дією на напругу і струм, процес автоматично регулюється.

У підсумку, асинхронний альтернатор в змозі впоратися з нетривалими перевантажити, а обмежується виключно опором в своїх обмотках. Інакше, можна сказати, що всі процеси запуску у нього здійснюється набагато легше, ніж у синхронного.

Металева обмотка – це спосіб створити електромагнітне збудження, а внаслідок, створити необхідну магнітне поле. На ресурс генератора впливають дві обставини, а саме:

• Якість обмотки. Чим більше витків має обмотка, тим вище потужність електричного генератора. Також, величина поперечного перерізу проводів впливає на потужності апаратів.
• Матеріал обмотки. За назвою статті здогадатися нескладно, що обмотка може бути виготовлена ​​з міді або алюмінію.

Більш свіжі моделі генераторів мають обмотку, з лакової ізоляцією. У ізоляції є своя велика класифікація, представлена ​​буквами алфавіту. Чим далі буква від початку алфавіту, тим якісніше ізоляція. А, разом з тим, краще термостійкість обмотки.

Мідна обмотка: плюси і мінуси

Мідь використовується в якості матеріалу виготовлення обмотки, так як є другим по ковкості і пластичності. Перший – це, звичайно ж, золото. У міді є властивості такі, як:

Тільки обмотка з міді в змозі витримувати сильні навантаження без шкоди для себе. А це тягне за собою таку приємну річ, як довгий термін життя, а отже, роботи обмотки і генератора, відповідно.

Варто відзначити, що проводяться можливості міді перевищують такі у алюмінію в 1,7 рази і, при цьому, її опір нижче, тобто менше нагрівання.

По-перше, мідна обмотка має підвищений ресурс роботи.

По-друге, вона практично не гріється при високих навантаженнях.

По-третє, у неї велика ступінь провідності.

Четверте – це стійкість під час коротких замикань.

П’яте – більш швидке охолодження.

І, нарешті, підвищена міцність.

До недоліків обмотки з міді можна віднести дорожнечу і більш високий вагу, який впливає і загальну масу апарату.

Переваги та недоліки алюмінієвої обмотки

Алюміній – матеріал з маленькою вагою. У нього хороша провідність, якщо порівнювати з іншими типами металів. Також, для алюмінію характерні висока теплопровідність, а це означає, що нагрівається алюміній в швидшому темпі, ніж мідь. У підсумку, це не дуже позитивно позначається на генераторі.

Однак, у алюмінію теж є особливість, а саме стійкість до корозійних руйнувань. Алюміній, при взаємодії з повітряними масами, покриває себе оксидом алюмінію, який і виконує роль захисного шару. Але, такий шар перешкоджає споювання, а тому з’єднані частини алюмінію міцністю не відрізняються.

Переваги алюмінієвої обмотки

Перевага у даного типу обмотки полягає в низькій вартості і незначній масі.

Недоліки алюмінієвої обмотки

В першу чергу, у алюмінієвої обмотки провідність нижче.

Також, вона швидше нагрівається, тобто при значних навантаженнях, потужність генератора знижується.

Третім недоліком є ​​неміцність, яка впливає на ресурси генератора.

І останнє – це довгострокове охолодження.