A váltakozó áramú generátor berendezése és működési elve

Előző

Tartalom:

  • Hogyan működnek az elektromos áramfejlesztők
  • Aki villamos energiát termel a városok számára
  • A váltakozó áramú generátorok paramétereinek beállítása
  • Aszinkron váltakozó áramú generátor

Az univerzum számos módot adott nekünk az elektromos áram beszerzésére, és az emberi fejlődés minden szakaszának megvannak a maga módszerei. Tegyük fel, hogy sokan Van de Graaf állandó töltésgenerátorát tartják az elsőnek történelmileg. De ez alapvetően rossz. Előtte az emberek más fajtákat használtak. Ma megvizsgáljuk a váltakozó áramú generátor készülékét és működési elvét. Kezdjük.

Hogyan működnek az elektromos áramfejlesztők

Az elv a Földhöz viszonyított potenciál létrehozásán alapul, amelyet nullának tekintünk. Ez nem egészen helyes, de a világon minden relatív. Ezért bár a földfelszín töltést hordoz, esetünkben a generátor és a föld kivezetései közötti potenciálkülönbség játszik szerepet. Tekintettel arra, hogy bárkit, aki a földön áll, körülvesz bolygónk mezője, feltételezhető, hogy ez igaz. Az eredeti esetben egy egyenáramú generátort találtak fel. Még gyorsabb feszültség. Az a tény, hogy a feszültség megfelelő volt, és a generátor szinte nem adott áramot. A működés elve nagyon egyszerű:

A generátor működési elve

  • A szalag súrlódik, ami miatt helyi töltés szabadul fel.
  • A szakaszt szállítómechanizmussal hozzák az áramszedőhöz.
  • A kivezetés vezetőképességének köszönhetően egy nagy golyó formájában a sűrűség kiegyenlítődik.

    • Ennek eredményeként a gömb olyan töltést kap, amelynek sűrűsége megegyezik a szalagon lévő helyi töltéssel. Nyilvánvaló, hogy az ilyen generátorok nem voltak túl kényelmesek, így 1831 körül Michael Faraday valami újat alkot. Egy mágnesezett patkó és egy forgó rézkorong segítségével tudott áramhoz jutnialapvetően más módon: a mágneses indukció jelensége miatt. De az áram már váltakozva jött ki. Ezért a mező már nem statikus, hanem elektromágnesessé vált. Magyarázzuk el: (Lásd még: Váltakozó áramú villanymotor készüléke és működési elve)

    • A természetben gyakran találhatók pozitív vagy negatív előjelű elektromos töltések, de a mágnes pólusait külön-külön még senkinek nem sikerült megszereznie.
    • Valójában nincs olyan változó elektromos tér sem, amely ne okozna megfelelő választ az éterben. Ez abból áll, hogy az eredetire merőleges síkban változó mágneses komponenst állítunk elő.

    Ez a folyamat folyamatosan folytatódik, és elektromágneses hullámnak nevezik. A szabad térben egyenes vonalban mozog, amíg az összes energia ki nem alszik. Ami a vezetékeket illeti, az elektromosság viszonylag egyszerűen terjed rajtuk. De! Míg a kábel fonott. És ha nincs képernyő, vagy nincs nullázás (földelés), akkor a hullám sugározni kezd. Ennek alapján működnek a vezeték nélküli csavarhúzó-jelzők, amelyek 50 Hz-es ipari frekvenciájú interferenciaforrások felállítását (lokalizálását) segítik. És ha a számítógép rendszeregysége még nincs földelve, akkor egy ilyen csecsebecse segítségével könnyen kijavíthatja a hiányosságot.

    Ezenkívül segít a monitorok káros sugárzásának ellenőrzésében. Általában meg kell értenie, hogy az 50 Hz-es frekvenciát a vezetékek könnyen kisugározzák. Ez pedig nemcsak az erőművek költségeit növeli (a veszteségek értelmében), hanem az állampolgárok egészségét is károsítja. Hogyan keletkezik az energia egy Faraday-generátorban? Erről beszéltek még az iskolában: amikor a keret forog a mágneses térben, megváltozik az indukció a területen, ami miatt elektromos áram indukálódik.

    Általában a mozgás mechanikai energiája elektromos energiává alakul. Valószínűleg már sejtette, hogy nagyrészt ez:

  • Lezuhan a gátas víztömegekből.
  • Gőzenergia hő- és atomerőművekben.

    • Az energia beszerzésének alapvetően két mechanizmusa van. Mindkét esetben a generátor turbinalapátjának mozgása elektromos árammá alakul. A természetben vannak olyan berendezések is, amelyek gázolajat vagy kerozint égetnek, de működési elve nem sokban különbözik. A különbség csak a penge mobilitásában és forgási sebességében van.

    Aki villamos energiát termel a városok számára

    Most meglátjuk, hogyan van elrendezve az áramgenerátor a HPP-n. Gátat építenek, hogy felhalmozza a mozgó víz potenciális energiáját a mederben. Ennek köszönhetően az upstream szint gyorsan emelkedni kezd. Az áttörés (bármilyen típusú) elkerülése érdekében a többtonnás tömeg egy részét megemésztik (úgy tűnik, helyenként speciális zsilipek is vannak a halak ívására). Az áramlás hasznos része az úgynevezett vezetőeszközön halad át. Azoknak, akik ismerik a sugárhajtóművek eszközét, nagyjából tudniuk kell, hogy miről beszélünk. A vezetőberendezést szárnyrendszernek nevezzük, amelynek helyzetének változtatása szabályozza az áthaladó közeg mennyiségét. Ebben az esetben víz.

    Áttekintéseinkben elmondtuk, hogy szigorú követelmények vonatkoznak a megtermelt villamos energia frekvenciájára. A tudósok számításai szerint ez a jelenlegi fejlettségi szinten elérhető, csak nagyon masszív pengék használatával, amelyeket nem érintenek a kis hullámok. Vagyis csak az áthaladó víz teljes átlagos tömegét veszik figyelembe, és a kis ugrásokat ellopja a csavar nagy tömege. Nyilvánvalóan ilyen méreteknél a forgási sebesség nem lehet 50 Hz (3000 ford./perc). Valójában a penge körülbelül 1-2 fordulatot tesz. (Lásd még: Egyenáramú villanymotor készüléke és működési elve)

    váltakozó

    Távvezetékek

    A csavar hajtja a generátor forgórészét. Ez mobilaz a tengely, amelyre az úgynevezett gerjesztő tekercsek fel vannak szerelve. Ezek olyan tekercsek, amelyeken keresztül egyenáramot vezetnek át állandó mágneses mező létrehozására. Ebben az esetben nem történik sugárzás, mert a feszültség értéke állandó (lásd fent). Valójában vannak apró ingadozások, de ez nem befolyásolja a folyamat lényegét: több forgó mágnesünk van a tengelyen.

    Most van egy finom pont: hogyan kaphatunk 50 Hz-es frekvenciát? Gyorsan arra a következtetésre jutottak, hogy nem jövedelmező a váltóáramot egyenirányítani, majd invertert telepíteni a fordított átalakításhoz. Ehelyett sok huzaltekercset (Faraday kísérleteiből származó keret) helyeztek el az állórész mentén, amelyekben az indukciót indukálják. Helyes kommutációval 50 Hz-es frekvenciával eltávolítható a generátorból a szükséges 220 V. Szigorúan véve a generátorok három fázist is adnak 120 fokkal eltolva. És felmerül egy új kérdés – hogyan biztosítható a stabilitás? Ugyanannyi vizet adagol, amíg a penge el nem éri a kívánt sebességet? Ez gyakorlatilag lehetetlen, inkább tegye ezt:

  • Az állórészen lévő áramgyűjtő tekercseken kívül izgalmas tekercseket is gyártanak.
  • Olyan frekvenciájú feszültséget kapcsolunk ott, hogy a penge elérje a szükséges sebességet.
  • Valójában egy hatalmas szinkronmotorról van szó.

    • A kezdeti gyorsulást például a víz áramlása éri el, és a segédfeszültség enyhén tartja a csavart, amikor az megpróbálja túllépni a beállított sebességet. Ugyanakkor a víz valójában ezt az egész gépezetet nyomja, és a gerjesztő feszültség a szabályozást szolgálja (természetesen váltóáram kerül az állórészre). Ha nagyobb teljesítményre van szüksége, akkor a gát vezetőszerkezete kissé kinyílik. Emiatt a víz tömege megszilárdul, és ez mindenképpen megzavarná a forgást. Ezért ebben az esetben az áramerősség megnőa mezőt vezérlő állórészen a gerjesztés erősebbé válik, és minden a normál határokon belül marad.

    Működő generátor

    Ugyanakkor a generátor teljesítménye nő. De mi a helyzet a feszültséggel. Hogyan tartják fenn a szintjét? Az elektromágneses Faraday EMF törvénye szerint a feszültség függ a mágneses tér változásának sebességétől, valamint a fordulatok számától. Kiderült, hogy a tekercsek területének és a kábel hosszának konstruktív megválasztásával már beállítottuk a generátor kimeneti feszültségét. Természetesen mindegyiknek saját pengeforgási sebességgel kell rendelkeznie. És a forgórész gerjesztőárama tartja fenn, ahogy már mondtuk. De a teljesítmény növekedésével az EMF növekszik. A helyzet az, hogy a gerjesztőáram növekedése növeli a mágneses térerősség változásának sebességét.

    Ennek eredményeként a régi paraméterek megőrzésének módozatára van szükség. Gyakran vannak változó átviteli arányú lecsatoló transzformátoraik. Vagyis csak az áram változik a fogyasztónál, és a feszültség állandó marad. Így biztosítva vannak a szabványok által meghatározott paraméterek. Tehát a váltakozó áramú generátor eszköze az állórész tekercseinek megsértésén alapul, és minden más a paraméterek beállításának módszereire korlátozódik.

    A váltakozó áramú generátorok paramétereinek beállítása

    A legegyszerűbb esetben a teljesítmény nem változtatható. A háztartásban (és kisgenerátorokban) az áramkör figyeli a feszültséget, és ez esetben a gerjesztőáram értéke változik. Nyilvánvaló, hogy ez nem mindig a fogyasztó kezében van. Főleg, ha a gázolaj elfogy. Kiderül, hogy a korábbi energiát elhasználják, de bizonyos okok miatt egy része szétszóródik az űrben. Nem olyan szörnyű, amikor a folyó sebességének egy részét visszatérünk a Földre, de nem mindenki akarja így elégetni az üzemanyagot.

    Az olvasók már megértették, hogy a forgalom ebben az esetben megbukhat, ha nemcsökkenti a víz-, gáz-, gőzellátást - általában a hajtóerőt. Ez pedig egy külön szabályozási lánc, annak minden mechanizmusával együtt. Egy magánház esetében hatékonyabb lesz akkumulátorokkal működő rendszert létrehozni, különösen mivel ma már 12 V-os egyenáramról is lehet táplálni a világítást, a laptopokat és sok más eszközt. Ebben az esetben a hálózat kiépíthető egy elágazóval az akkumulátoraink időszakos töltésére. És a módszer, mint emlékszünk, két:

    A generátor egyszerű diagramja

  • Egyenárammal. A feszültséget úgy változtatják, hogy óránként a kapacitás körülbelül egytizede töltődik fel. A teljes eljárás időtartama 600 perc.
  • Állandó feszültséggel. Ebben az esetben az áram exponenciálisan csökken, és kezdetben viszonylag nagy lesz. Ez a módszer fő hátránya.

    • Ebben az esetben a váltakozó áramú generátor működési elve lehetővé teszi az akkumulátorok szükség szerinti újratöltését. Nyilvánvaló, hogy az akkumulátorkaszkád előtt galvanikus leválasztó áramkörre van szükség, de ez egy teljesen más történet. Ahogy az olvasottakból már sejthető, a vízerőműveknél állítható átalakítási arányú eszközöket használnak. És ennek az ötletnek a megvalósítási módjai eltérőek lehetnek:

  • A kommutált tekercselésű transzformátorok széles körben elterjedtek. Ezekben az áramköri kontaktorok kapcsolásával lehet változtatni a fordulatok számát.
  • A simább együttható csúszóérintkezőt biztosít. Itt az egyik tekercs menetét lecsupaszítják, és az áramgyűjtő ide-oda fut, változtatva a munkamenetek számát. Jól látható, hogy ilyenkor nehéz nagy áramot átengedni, mert szikra keletkezik, ami egy vízi erőműnél ívbe fog fordulni. Inkább egy szabályozó eszköz viszonylag kis kapacitásokhoz.

    • A fentiekből következik, hogy logikus a forgórész gerjesztőáramának megváltoztatása a HPP-nkapcsolási időbeli ugrásokkal a tekercsek szabályozzák a transzformátort. Ezután egyenletes beállítás következik, amíg a feszültség paraméterei vissza nem térnek a normál értékre. Általánosságban leírtuk a generátor működését. Érdemes megjegyezni, hogy ez a konstrukció nem meríti ki a sokszínűséget. Az ilyen típusú eszközök képezik a szinkron váltóáram-generátorok gyűjtemény gerincét. Legtöbbször ezek adnak nekünk energiát.

    Aszinkron váltakozó áramú generátor

    Az aszinkron generátorokat az állórész és a forgórész közötti elektromos kapcsolat hiánya különbözteti meg. Ennek köszönhetően a sebességet közvetlenül a vezetőberendezés szabályozza. Ennek megfelelően a frekvencia stabilitása csökken, a feszültség amplitúdója is instabil. Ennek eredményeként az aszinkron váltakozó áramú generátor tervezésének viszonylagos egyszerűségét figyelhetjük meg, míg a paraméterek stabilitását egyértelműen nem különböztetik meg jó mutatók.

    Különlegesség az is, hogy az aszinkron motorok összes hiánya ide is simán vándorol. Nyilvánvaló, hogy a fogyasztók energiaellátásához az áram frekvenciája szabályozott, a teljesítmény pedig véletlenszerű. Bár ha a generátor viszonylag állandó környezetben van, akkor ez nem lesz nagy probléma.

    Következő

    Olvassa el továbbá: