+7(499) 136 06 90

+7(495) 704-31-86

[email protected]

Синхронный генератор принцип работы


Устройство, принцип действия и конструкция синхронного генератора, режимы работы

Синхронным генератором (СГ) называют устройство, выполняющее функцию трансформации механической энергии в электрическую. Принцип работы и устройство синхронного генератора достаточно просты и надежны. Такое энергетическое оборудование востребовано для использования в мобильных авторемонтных мастерских, для ремонта и обслуживания станков-качалок, спецмашин нефтегазовой отрасли, на ГЭС, ТЭС, АЭС, в транспортных системах.

Основные конструктивные элементы

Основные части синхронного генератора: неподвижная — статор, вращающаяся — ротор, представляющая собой электромагнит, и две основные обмотки.
  1. Одна обмотка статора («обмотка возбуждения») запитывается от источника постоянного тока, функцию которого выполняет электронный регулятор напряжения. Регулятор используется в генераторах с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение осуществляется с использованием остаточного магнетизма магнитопровода СГ. При этом энергия переменного тока поступает от обмотки статора СГ. Комплекс из понижающего трансформатора и полупроводникового выпрямителя-преобразователя трансформирует ее в энергию постоянного тока.
  2. Ток, протекающий в обмотке возбуждения статора, наводит ЭДС на обмотке возбуждения якоря генератора. Статор возбудителя, как конструкционный элемент может отсутствовать, и тогда его функции выполняют постоянные магниты.
  3. Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, называется обмоткой возбуждения якоря, или якорем возбудителя.
  4. Переменное напряжение, возникающее на обмотке якоря возбудителя, выпрямляется в блоке вращающихся диодов, которые так же называются словосочетанием «диодный мост», и превращает силовую обмотку ротора во вращающийся электромагнит, который наводит ЭДС в силовой обмотке статора СГ.
  5. Силовые обмотки и обмотки возбуждения монтируются в пазы якоря и ротора.
  6. Генераторы по типу выходного напряжения делятся на одно-, или трехфазные. Основное распространение в промышленности имеют трехфазные синхронные генераторы, а в быту — однофазные.

В конструкцию статора входит корпус, внутри которого расположен сердечник, или пакет, собираемый из листов электротехнической стали особой формы. На качество электрического тока влияют такие факторы как: цельность листов в пакете (бывают цельными или составными), качество и материал обмотки. Для обмотки применяется медный эмаль-провод, а в дешевых устройствах возможна замена меди на алюминий.

Роторы изготавливаются явнополюсными или неявнополюсными.

  • Явнополюсные роторы предназначены для синхронных генераторов, работающих с двигателями внутреннего сгорания с низкой частотой вращения — 1500 и 3000 об/мин.
  • Неявнополюсные роторы востребованы в высокоскоростных (более 3000 об/мин) механизмах переменного электрического тока высокой мощности. Обычно их размещают на одном валу с паровыми турбинами. Такие СГ называют «турбогенераторы».

Определение скорости вращения

Понятие «синхронный» означает, что число оборотов находится в прямой математической зависимости от частоты тока. Эта зависимость определяется по формуле n = 60*f/p, где:

  • n — скорость вращения, об/мин;
  • f — частота, в бытовой электрической сети она равна 50 Гц;
  • p — количество пар полюсов.

Принцип работы СГ

Принцип действия машины в режиме синхронного генератора:

  1. При пропускании через обмотку возбуждения постоянного тока образуется стабильное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью.
  2. При вращении магнитного поля относительно проводников обмотки якоря возбуждаются переменные ЭДС.
  3. Переменные ЭДС суммируются, образуя ЭДС фаз. Трехфазная система образуется тремя одинаковыми обмотками, размещаемыми на якоре под электрическим углом друг к другу, равным 120°.

В случаях, если централизованное электроснабжение имеет недостаточную мощность или отсутствует, как, например, на удаленных стройплощадках, нефтегазодобывающих объектах, морских и воздушных судах, СГ в составе с двигателем внутреннего сгорания функционируют в автономном режиме. При необходимости создания мощных источников питания синхронные двигатели включают на параллельную работу. Такой способ включения позволяет более полно использовать мощность каждой машины и при необходимости выводить отдельные СГ в ремонт без прекращения эффективного электроснабжения потребителей.

Второй режим работы синхронной машины — выполнение функций электродвигателя. Обычно СГ востребован в качестве двигателя в высокомощных установках более 50 кВт. Для работы в режиме электродвигателя обмотку статора подключают к электросети, а обмотку ротора — к источнику постоянного тока. Вращающий момент возникает при взаимодействии вращающегося магнитного поля СГ с постоянным током обмотки возбуждения.

Устройство синхронного генератора переменного тока, принцип работы

Электричество – вид энергии, который можно передавать на дальние расстояния, преобразовывать в механическую, тепловую энергию и трансформировать в световое излучение. Электроэнергию получают различными способами – химическим, тепловым, механическим, фотоэлектрическим.

Наиболее распространенный способ получения электроэнергии – механический, с использованием генераторов. Именно таким образом получают практически всю электрическую энергию, используемую в бытовых и производственных целях.

Генераторы, иначе называемые «электростанциями», бывают синхронными и асинхронными, одно- и трехфазными. Рассмотрим подробнее устройство и работу трехфазного электрогенератора, который может работать параллельно с другими электрогенераторами или централизованной электрической сетью.

 

В конструкцию синхронных электрических генераторов входят три основные детали:

  • Ротор. Вращающийся элемент. Это биполярный электромагнит постоянного тока. Обмотка ротора соединяется с блоком управления через два щеточных узла.
  • Статор. Неподвижный элемент. Витки статорной обмотки равномерно расположены по окружности. В однофазных машинах присутствует одна обмотка, в трехфазных – три, которые соединяются по схемам «звезда», «треугольник» или со сдвигом друг относительно друга на 120°.
  • Блок управления.

 

Статор и ротор изготавливают из пластин электротехнических марок стали, которые хорошо проводят магнитный поток и плохо проводят электрические вихревые токи. Синхронные генераторы, имеющие явно полюсный ротор, используются для тихоходных машин, у которых скорость вращения не превышает 1000 оборотов в минуту, например установок с гидравлическими турбинами. Синхронные электрогенераторы с не явно полюсными роторами используются для механизмов, вращающихся с высокой скоростью – 1500-3000 об/минуту. Бывают двух- и четырехполюсными.

Принцип работы синхронного электрогенератора

Основные этапы:

  • При вращении ротора двигателем внутреннего сгорания начинается вращение поля электромагнита.
  • В результате вращения магнитного поля в статорной обмотке появляется переменное синусоидальное напряжение – одно- или трехфазное. Значение напряжения генерируемого тока зависит от скорости вращения ротора.
  • Изменение электрической нагрузки синхронного генератора меняет механическую нагрузку на валу двигателя внутреннего сгорания. В свою очередь, это изменяет скорость вращения ротора, а значит, изменения величины напряжения и частоты. Избежать таких изменений параметров генерируемого электротока позволяет блок управления, который автоматически регулирует электрические характеристики через обратную связь.

 

Трехфазный синхронный генератор может работать в режиме генератора или в режиме двигателя. В первом случае в СГ входящей является механическая энергия, а выходящей – электрическая. Во втором случае – входящей является электрическая энергия, а выходящей – механическая.

 

Разновидности синхронных генераторов

 

Конкретная область применения определяет, какой вид синхронного генератора купить.

 

Производители предлагают электрогенераторы:

  • Шаговые (импульсные). Применяются для приводов, работающих в режиме старт-стоп, или для устройств постоянного режима работы с импульсным сигналом управления.
  • Безредукторы. Используются в автономных системах.
  • Бесконтактные. Востребованы в качестве электростанций на речных и морских судах.
  • Гистерезисные. Предназначены для установки в счетчиках времени, инерционных электрических приводах, системах автоматизированного руководства.
  • Индукторные. Используются для оснащения электрических установок.

 

Области применения синхронных трехфазных генераторов переменного тока

 

Важная особенность синхронного генератора – возможность синхронизации с другими подобными электрическими машинами. Это свойство позволяет использовать эти машины в промышленной энергетике и при повышении нагрузок в час пик подключать резервные агрегаты.

 

Трехфазные генераторы применяют на:

  • тепловозах с выпрямлением переменного тока полупроводниковыми элементами и других транспортных системах;
  • мощных гидро-, тепловых электростанциях, атомных станциях, передвижных электростанциях;
  • гибридных автомобилях с целью совмещения тяги ДВС и мощности тяговых электродвигателей.

 

Синхронные трехфазные генераторы могут использоваться в качестве электромоторов с мощностью более 50 кВт. В этом режиме ротор соединяют с источником постоянного тока, а статор подключают к трехфазному кабелю.

 

В каких случаях необходимо купить и использовать синхронный генератор?

 

Синхронный генератор переменного тока выбирают в следующих случаях:

  • Если предъявляются высокие требования к постоянству параметров напряжения и частоты тока.
  • При высокой вероятности перегрузок в переходном режиме потребителей с реактивной мощностью.
  • При вероятности перегрузок в рабочем режиме, когда к генератору подключаются потребители как с активной, так и с реактивной мощностью.

 

Преимущества использования синхронных генераторов

 

Плюсы трехфазных синхронных генераторов:

  • Способность выдерживать перегрузы в электросети, превышающие в три раза номинальное значение, и короткие замыкания.
  • Более высокое качество генерируемой электроэнергии, по сравнению с асинхронными генераторами. Поэтому эти электрические машины используются для работы в комплексе с дорогостоящим оборудованием.
  • Наличие автоматических регуляторов напряжения, регулирующих выпрямителей, которые защищают оборудование от перегруза и коротких замыканий и способны отключать электроустановки в случае возникновения аварийных ситуаций.

 

Современные электрические генераторы изготавливаются в соответствии с требованиями мировых стандартов качества и безопасности.

Назначение и принцип действия синхронного генератора


Если в рассмотренных выше асинхронных машинах ротор имел частоту вращения, отличную от частоты вращения магнитного поля статора, то в синхронных эти частоты равны между собой. Синхронные машины могут работать как генераторами, так и двигателями. В зависимости от типа привода синхронные генераторы получили и свои названия. Турбогенератор

, например, — это генератор, приводимый в движение паровой турбиной, гидрогенератор вращает водяное колесо, а дизель — генератор механически связан с двигателем внутреннего сгорания. Синхронные двигатели широко применяют для привода мощных компрессоров, насосов, вентиляторов. Синхронные микродвигатели используют для привода лентопротяжных механизмов регистрирующих приборов, магнитофонов и т.д.

6.1. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Статор синхронной машины по конструкции не отличается от статора асинхронного двигателя. В пазах статора размещается трехфазная, двухфазная или однофазная обмотки. Заметное отличие имеет ротор, который принципиально представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Это налагает особые требования на геометрическую форму ротора. Любой магнит имеет полюса, число которых может быть два и более. На рис. 6.1.1 приведены две конструкции генераторов, с тихоходным и быстроходным ротором.

Быстроходными бывают, как правило, турбогенераторы. Количество пар магнитных полюсов у них равно единице. Чтобы такой генератор вырабатывал электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц, его необходимо вращать с частотой

На гидроэлектростанциях вращение ротора зависит от движения водяного потока. Но и при медленном вращении такой генератор должен вырабатывать электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц. Поэтому для каждой гидроэлектростанции конструируется свой генератор, на определенное число магнитных полюсов на роторе. В качестве примера приведем параметры синхронного генератора, работающего на Днепровской ГЭС. Водяной поток вращает ротор генератора с частотой n = 33,3 об / мин. Задавшись частотой f = 50 Гц, определим число пар полюсов на роторе:

Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, кото-рое, пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. При подключении к генератору нагрузки генератор будет являться источником переменного тока.



Классификация

Различают два вида генераторов постоянного тока:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • с самовозбуждением.

Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:

  • устройства с параллельным возбуждением;
  • альтернаторы с последовательным возбуждением;
  • устройства смешанного типа (компудные генераторы).

Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.

В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Шкаф-купе в маленькую прихожую 72 фото для небольшой комнаты и угловой в коридор

На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.

Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.

Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.

В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.

6.2. ЭДС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Как было показано выше, величина наводимой в обмотке статора ЭДС количественно связана с числом витков обмотки и скорости изменения магнитного потока:

Переходя к действующим значениям, выражение ЭДС можно записать в виде:

где n — частота вращения ротора генератора, Ф — магнитный поток, c — постоянный коэффициент. При подключении нагрузки напряжение на зажимах генератора в разной степени меняется. Так, увеличение активной нагрузки не оказывает заметного влияния на напряжение. В то же время индуктивная и емкостная нагрузки влияют на выходное на-пряжение генератора. В первом случае рост нагрузки размагничивает генератор и снижает напряжение, во втором происходит его подмагничивание и повышение напряжения. Такое явление называется реакцией якоря. Для обеспечения стабильности выходного напряжения генератора необходимо регулировать магнитный поток. При его ослаблении машину надо подмагнитить

, при увеличении —
размагнитить
. Делается это путем регулирования тока, подаваемого в обмотку возбуждения ротора генератора.

Синхронные генераторы с самовозбуждением (ССГ) получили широкое распространение в автономных установках: на судах, в авиации, на транспорте и др. В этих машинах используется тот же принцип самовозбуждения от потока остаточного намагничивания, что и в генераторах постоянного тока. Однако наличие полупроводниковых выпрямителей в системе возбуждения обусловливает ряд особенностей. В частности, остаточное напряжение обычно меньше порогового напряжения выпрямителей, и поэтому в начальной стадии возбуждения ССГ приходится применять ряд искусственных мер.

В ССГ регулирование производится непрерывно и осуществляется по возмущению; эти генераторы можно разделить на две группы: системы токового и фазового компаундирования. В первой сигналы по каналам тока и напряжения суммируются после выпрямления; эта система имеет относительно небольшую точность регулирования, так как она не реагирует на изменение нагрузки. Обычно в этом случае для повышения точности регулирования требуется корректор напряжения, что усложняет систему и снижает ее надежность.

При фазовом компаундировании регулирование напряжения осуществляется в зависимости от тока, что повышает точность регулирования без использования корректора напряжения. Применение последнего должно еще более повысить точность работы системы. Поэтому в большинстве случаев отдается предпочтение системам фазового компаундирования.

В ССГ обычно применяется смешанное возбуждение с фазовым компаундированием, а иногда схемы с параллельным и последовательным возбуждением, причем используется электрическое или электромагнитное суммирование сигналов, поступающих по каналам тока и напряжений. Это осуществляется в результате суммирования магнитодвижущих сил в трехобмоточном трансформаторе. Заметим, что в таких схемах особое значение имеет дроссель или в общем случае некоторое добавочное сопротивление, которое обычно называется компаундирующим элементом. Дроссель должен быть с относительно малым активным сопротивлением; он может быть заменен конденсатором.

Опыт эксплуатации ССГ показывает, что они обладают высокой надежностью, имеют хорошие динамические характеристики, удобны при эксплуатации.

Из других конструкций генераторов представляют интерес так называемые бесщеточные синхронные генераторы (БСГ). У этих генераторов в качестве возбудителя используется синхронная или асинхронная машина, причем якорные обмотки возбудителей переменного тока расположены на одном валу с ротором генератора, а возбуждение они получают от неподвижных обмоток.

При использовании в качестве возбудителя синхронной машины ее обмотка возбуждения питается постоянным током, получаемым от основного генератора через выпрямитель. Если же возбудителями являются асинхронные электродвигатели, то она получает возбуждение от трехфазной обмотки, которая питается трехфазным током от основного генератора. Такая обмотка создает поток возбуждения в виде магнитного поля, вращающегося в пространстве. У синхронного возбудителя поток возбуждения неподвижен относительно обмотки возбуждения, т. е. он неподвижен и в пространстве.

БСГ с асинхронным возбудителем имеет относительно малые постоянные времени возбудителя и, как следствие, высокое быстродействие. Он обладает высокой надежностью и хорошими динамическими характеристиками системы возбуждения, а по быстродействию не уступает ССГ.

БСГ с синхронным возбудителем имеет большие постоянные времени возбудителя и по динамическим свойствам он хуже БСГ с асинхронным возбудителем. Система возбуждения генератора реагирует на изменения процессов в обмотке статора более медленно, что соответствующим образом сказывается на характере переходных процессов в генераторе. Более широкое распространение БСГ с синхронным возбудителем объясняется лучшими массогабаритными показателями и рядом других преимуществ. Основное достоинство БСГ состоит прежде всего в отсутствии у них щеточных устройств. Недостатками БСГ по сравнению с ССГ являются усложнение обслуживания вращающейся выпрямительной установки, возможное увеличение габаритов генератора по длине и некоторые другие.

6.3. СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

6.3.1. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Конструкция синхронного двигателя такая же, как и у синхронного генератора. При подаче тока в трехфазную обмотку статора в нем возникает вращающееся магнитное поле. Частота вращения его определяется формулой:

где f — частота тока питающей сети, р — число пар полюсов на статоре. Ротор, являющийся часто электромагнитом, будет строго следовать за вращаю-щимся магнитным полем, т.е. его частота вращения n2 = n1. Рассмотрим принцип действия синхронного двигателя на следующей условной модели (рис. 6.3.1.). Пусть магнитное поле статора будет смоделировано системой вращающихся магнитных полюсов N — S.

Ротор двигателя тоже представляет собой систему электромагнитов S — N, кото-рые «сцеплены» с полюсами на статоре. Если нагрузка на двигателе отсутствует, то оси полюсов статора будут совпадать с осями полюсов ротора ( = 0). Если же к ротору подключена механическая нагрузка, то оси полюсов статора и ротора могут расходиться на некоторый угол . Однако «магнитное сцепление» ротора со статором будет продолжаться, и частота вращения ротора будет равна синхронной частоте статора (n2 = n1). При больших значениях ротор может выйти из «сцепления» и двигатель остановится. Главное преимущество синхронного двигателя перед асинхронным — это обеспечение синхронной скорости вращения ротора при значительных колебаниях нагрузки.

6.3.2. СИСТЕМА ПУСКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Как мы показали выше, синхронное вращение ротора обеспечивается «магнитным сцеплением» полюсов ротора с вращающимся магнитным полем статора. В первый момент пуска двигателя вращающееся магнитное поле статора возникает практически мгновенно. Ротор же, обладая значительной инерционной массой, прийти в синхронное вращение сразу не сможет. Его надо «разогнать» до подсинхронной скорости каким-то дополнительным устройством. Долгое время роль разгонного двигателя играл обычный асинхронный двигатель, механически соединенный с синхронным. Ротор синхронного двигателя приводится во вращение до подсинхронной скорости. Далее двигатель сам втягивается в синхронизм. Обычно мощность пускового двигателя составляет 5-15 % от мощности синхронного двигателя. Это позволяет пускать в ход синхронный двигатель только вхолостую или при малой нагрузке на валу. Применение пускового двигателя мощностью, достаточной для пуска синхронного двигателя под нагрузкой делает такую установку громоздкой и дорогой. В последнее время используется так называемая система асинхронного пуска

синхронных двигателей. С этой целью в полюсные наконечники забивают стержни, напоминающие собою короткозамкнутую обмотку асинхронного двигателя (рис. 6.3.2.1).

В начальный период пуска синхронный двигатель работает как асинхронный, а в последующем — как синхронный. В целях безопасности обмотку возбуждения в начальном периоде пуска закорачивают, а на заключительном подключают к источнику по-стоянного тока.

Технические характеристики генератора постоянного тока

Для оценки функции синхронных генераторов применяются те же самые характеристики, какие применяются в генераторах постоянного тока. Только некоторые условия различаются и дополняются.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Фильтры для очистки воды 75 фото видов и основных характеристик

Главные характеристики синхронного генератора такие:

  • Холостой ход – это зависимость ЭДС прибора от токов возбуждения, одновременно является показателем намагничивания магнитных цепей машины.
  • Внешняя характеристика – это зависимость напряжения устройства от токов нагрузки. Напряжение агрегата меняется по-разному в зависимости от увеличения нагрузки при различных ее видах. Причины, что вызывают такие изменения, следующие:
  1. Падение значения напряжения на индуктивном и активном сопротивлении обмоток устройства. Увеличивается по мере того, как увеличивается нагрузка прибора, то есть его ток.
  2. Изменение ЭДС агрегата. Происходит в зависимости от реакции статора. При активных нагрузках уменьшение напряжения будет вызвано падением напряжения во всех обмотках, потому что реакция статора влечет за собой увеличение ЭДС генератора. При активно-емкостных видах нагрузки эффект намагничивания вызывает увеличение текущего значения напряжения по сравнению с номинальным показателем.
  • Регулировочные характеристики синхронного генератора – это зависимость токов возбуждения от токов нагрузки. В процессе работы синхронных агрегатов нужно поддерживать постоянное напряжение на их зажимах независимо от характера и величины нагрузок. Этого несложно достигнуть, если регулировать ЭДС генератора. Это можно сделать путем изменения токов воз­буждения автоматически в зависимости от изменений нагрузок, то есть при активно-емкостной нагрузке нужно уменьшать ток возбуждения для поддержания постоянного напряжения, а при активно-индуктивной и активной — увеличивать.

Мощность синхронного генератора определяется такими значениями:

  • Соответствующим напряжением в электросети.
  • Своей ЭДС.
  • Углом измерения.

Работу генератора характеризуют зависимости между основными величинами, которые называются его характеристиками. К основным характеристикам можно отнести:

  • зависимости между величинами при работе на холостом ходе;
  • характеристики внешних параметров;
  • регулировочные величины.

Некоторые регулировочные характеристики и зависимости холостого хода мы раскрыли частично в разделе «Классификация». Остановимся кратко на внешних характеристиках, которые соответствуют работе генератора в номинальном режиме. Внешняя характеристика очень важна, так как она показывает зависимость напряжения от нагрузки, и снимается при стабильной скорости оборотов якоря.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением выглядит следующим образом: это кривая, зависимости напряжения от нагрузки (см. рис. 5). Как видно на графике падение напряжения наблюдается, но оно не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости оборотов двигателя, вращающего якорь).

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Рейтинг: ТОП-9 лучших колясок в самолет


Рис. 5. Внешняя характеристика ГПТ

В генераторах с параллельным возбуждением зависимость напряжения от нагрузки сильнее выражена (см. рис. 6). Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше нагрузочный ток, тем стремительнее будет падать напряжение на зажимах генератора. В частности, при постепенном падении сопротивления до уровня КЗ, напряжение падёт до нуля. Но резкое замыкание в цепи вызывает обратную реакцию генератора и может быть губительным для электрической машины этого типа.


Рис. 6. Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Увеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении ведёт к росту ЭДС. (см. верхнюю кривую на рис. 7). Однако напряжение (нижняя кривая) отстаёт от ЭДС, поскольку часть энергии расходуется на электрические потери от присутствующих вихревых токов.


Рис. 7. Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Обратите внимание на то, что при достижении своего максимума напряжение, с увеличением нагрузки, начинает резко падать, хотя кривая ЭДС продолжает стремиться вверх. Такое поведение является недостатком, что ограничивает применение альтернатора этого типа.

В генераторах со смешанным возбуждением предусмотрены встречные включения обеих катушек – последовательной и параллельной. Результирующая намагничивающая сила при согласном включении равна векторной сумме намагничивающих сил этих обмоток, а при встречном – разнице этих сил.

В процессе плавного увеличении нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня, напряжение на зажимах будет практически постоянным (кривая 2 на рис. 8). Увеличение напряжения наблюдается в том случае, если количество проводников последовательной обмотки будет превышать количество витков соответствующее номинальному возбуждению якоря (кривая 1).

Изменение напряжения для случая с меньшим числом витков в последовательной обмотке, изображает кривая 3. Встречное включение обмоток иллюстрирует кривая 4.


Рис. 8. Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением используют тогда, когда необходимо ограничить токи КЗ, например, при подключении сварочных аппаратов.

В нормально возбуждённых устройствах смешанного типа ток возбуждения постоянный и от нагрузки почти не зависит.

Реакция якоря

Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, то токи в его обмотке образуют собственное магнитное поле. Возникает магнитное сопротивление полей статора и ротора. Результирующее поле сильнее в тех точках, где якорь набегает на полюсы магнита, и слабее там, где он с них сбегает. Другими словами якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения в магнитопроводах. Результатом такой реакции является искрение щёток на коллекторных пластинах.

Снизить реакцию якоря можно путём применения компенсирующих дополнительных магнитных полюсов или сдвигом щёток с осевой линии геометрической нейтрали.

Среднее значение электродвижущей силы пропорционально магнитному потоку, количеству активных проводников в обмотках и частоте вращения якоря. Увеличивая или уменьшая указанные параметры можно управлять величиной ЭДС, а значит и напряжением. Проще всего, желаемого результата можно достичь путём регулировки частоты вращения якоря.

Мощность

Различают полную и полезную мощность генератора. При постоянной ЭДС полная мощность пропорциональна току: P = EIa. Отдаваемая в цепь полезная мощность P1 = UI.

Важной характеристикой альтернатора является его КПД – отношение полезной мощности к полной. Обозначим данную величину символом ηe. Тогда: ηe=P1/P.

На холостом ходе ηe = 0. максимальное значение КПД – при номинальных нагрузках. Коэффициент полезного действия в мощных генераторах приближается к 90%.

6.4. РЕАКТИВНЫЙ СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

В лабораторной практике, в быту и в маломощных механизмах применяют так называемые реактивные синхронные двигатели

. От обычных классических машин они отличаются лишь конструкцией ротора. Ротор здесь не является магнитом или электромагнитом, хотя по форме напоминает собой полюсную систему. Принцип действия реактивного синхронного двигателя отличен от рассмотренного выше. Здесь работа двигателя основана, на свободной ориентации ротора таким образом, чтобы обеспечить магнитному потоку статора лучшую магнитную проводимость (рис. 6.4.1).

Действительно, если в какой-то момент времени максимальный магнитный поток будет в фазе А — X, то ротор займет положение вдоль потока ФА. Через 1/3 периода максимальным будет поток в фазе В — У. Тогда ротор развернется вдоль потока ФВ. Еще через 1/3 периода произойдет ориентация ротора вдоль потока. ФС. Так непрерывно и синхронно ротор будет вращаться с вращающимся магнитным полем статора. В школьной практике иногда, при отсутствии специальных синхронных двигателей, возникает необходимость в синхронной передаче. Эту проблему можно решить с помощью обычного асинхронного двигателя, если придать ротору следующую геометрическую форму (рис. 6.4.2).

6.5. ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Этот тип двигателя является машиной постоянного тока, хотя принцип действия его напоминает синхронный реактивный двигатель. Как видно из рис. 6.5.1, статор двигателя имеет шесть пар выступающих полюсов.

Каждые две катушки, расположенные на противоположных полюсах статора, образуют обмотку управления, включаемую, в сеть постоянного тока. Ротор — двухполюсный. Если подключить к источнику постоянного тока катушки полюсов 1 — 1′, то ротор расположится вдоль этих полюсов. Если задействовать катушки полюсов 2 — 2′, а ка-тушки полюсов 1 — 1′ обесточить, то ротор повернется и займет положение вдоль полю-сов 2 — 2′. Такой же поворот ротора произойдет, если включить в сеть катушки полюсов 3 — 3′. Так, шагами, ротор будет «следовать» за своей обмоткой управления. Преимуществом шаговых двигателей является то, что в них совершенно отсутствует «самоход». Они поворачиваются и строго фиксируются с шагом, пропорциональ-ным числу полюсов на статоре. Это качество делает его незаменимым в особо точных механизмах (для привода часов, механизмов подачи ядерного топлива в реакторах, в станках с ЧПУ и т.д.). Управление шаговыми двигателями ведется с применением различных электронных устройств (триггеров Шмидта и др.).

6.6. КОЛЛЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Безколлекторные асинхронные и синхронные двигатели при многих положительных качествах имеют существенные недостатки. Они не допускают достаточно плавного и экономичного регулирования вращения. Этот пробел частично восполняют коллекторные двигатели переменного тока. Коллекторные двигатели бывают однофазными и трехфазными. Ротор однофазного коллекторного двигателя выполнен в виде цилиндра с фазными обмотками, статор — явнополюсный. Так как обмотка полюсов статора, подключаемая к сети переменного тока, создает пульсирующее магнитное поле, то все элементы магнитной цепи машины набираются из отдельных листов электротехнической стали. Вращающий момент в однофазном коллекторном двигателе создается взаимодействием токов в обмотке ротора с магнитным потоком полюсов. На рис. 6.6.1- показана схема подключения к сети коллекторного двигателя.

Коллекторные двигатели могут работать как от сети переменного тока, так и от сети постоянного тока. Это обстоятельство послужило для присвоения им наименования универсальных коллекторных двигателей. Коллекторные двигатели широко при-меняются для привода швейных машин, пылесоса и т.д.

Синхронный генератор: принцип действия | Как работает синхронный генератор? | ЭлектроАС

Дата: 12 июня, 2020 | Рубрика: Прочая Информация
Метки: Синхронный генератор

Этот материал подготовлен специалистами компании "ЭлектроАС".
Нужен электромонтаж или электроизмерения? Звоните нам!

Под синхронным генератором понимают устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в электричество. Оборудование используется во многих областях, включая электроэнергетику, промышленность и строительство. Их применяют в передвижных сервисах для починки авто, для поддержки функционирования или ремонта специализированных машин из нефтедобывающей отрасли, на гидроэлектростанциях, атомных электростанциях и в транспортной сфере.


Из чего состоит синхронный генератор: основные элементы
Конструкция агрегата относительно простая. Он состоит из нескольких ключевых элементов:

  1. Обмотка статора или «возбуждающая обмотка» получает питание напрямую из источника переменного тока, которым обычно служит электрорегулятор напряжения. Принцип самостоятельного возбуждения устройства определяется применением остаточного магнетизма в специальном проводе синхронного генератора. Трансформатор для понижения и выпрямитель для преобразования полупроводникового типа изменяет переменный ток, делая его постоянным.
  2. Электродвижущая сила наводится на возбуждающей обмотке генераторного якоря. Непосредственно возбуждающий статор может отсутствовать в конфигурации. В этом случае его роль играет магнит постоянного типа.
  3. Роторная обмотка, где вырабатывается электродвижущая сила, именуется обмоткой возбуждения якоря.
  4. На вышеупомянутом элементе формируется непостоянный ток, который при прохождении через блок диодов под вращением выпрямляется. В «мосту диодов» происходит преобразование роторной обмотки в электрический магнит под вращением. С его помощью осуществляется наведение ЭДС (электродвижущей силы) на статорной обмотке электрогенератора.

Обмотки, вырабатывающие силу или возбуждающие, устанавливаются в специальные пазы, находящиеся на роторе и якорном элементе. Электрогенераторы с выходным напряжением бывают двух основных видов:

  • однофазные;
  • трехфазные.

Первые преимущественно используются в домашних условиях, вторые предназначены для применения в промышленной отрасли. Статор состоит из нескольких стандартных элементов, среди которых корпус с сердцевиной или специальный пакет, который изготавливается из технических стальных листов.

Качество переменного тока обусловлено следующими факторами:

  • целостностью металлических листов, использованных в пакете;
  • качеством изготовления обмотки и примененными материалами.

Обмотка чаще всего изготавливается из эмалированного провода с медью. В недорогих агрегатах обычно используется алюминиевый провод вместо медного.

Существуют явнополюсные роторы, приспособленные для работы с ДВС, у которых низкая вращательная частота (1,5-3 тысячи оборотов в минуту). Неявнополюсные роторы преимущественно применяются в энергогенераторах с высокой скоростью вращения (от 3000 оборотов в минуту) и мощностью выше средней. Как правило, их устанавливают вместе с паровыми турбинами на один вал. Поэтому такие синхронные генераторы получили название «турбогенераторы».

Особенности функционирования синхронного генератора
Агрегат, работающий в виде синхронного генератора, функционирует по следующему принципу:

  1. Когда сквозь возбуждающую обмотку проходит постоянный ток, появляется стабилизированное магнитное поле, где полярности чередуются.
  2. Во вращательном процессе магнитного поля по отношению к проводникам якорной обмотки происходит возбуждение переменной электродвижущей силы.
  3. Переменные показатели ЭДС складываются, и получается электродвижущая сила фаз. Отсюда получается, что 3-фазная система формируется благодаря трем идентичным обмоткам, которые размещаются на якоре. Электроугол по отношению друг к другу при этом должен составлять 120 градусов.

Когда централизованное снабжение электричеством слишком слабое или вовсе отсутствует, ДВС работает от автономного генератора переменного тока синхронного типа. Такой агрегат особенно полезен на строительных, промышленных и производственных объектах, морских судах и авиатранспорте. В особенности это касается мест, удаленных от центрального электроснабжения или находящихся в труднодоступном месте.

Если возникает необходимость в запуске более мощного источника электропитания вместе с основным энергоснабжением, допускается подключение автономного синхронного двигателя для одновременной работы. Это повышает эффективность использования генерирующих машин и способствует росту мощности электросети.

Синхронный генератор также может работать в режиме электрического двигателя. Как правило, его применяют в силовых установках с мощностью от 50 кВт и выше. Чтобы организовать функционирование в качестве электрического двигателя, необходимо статорную обмотку подсоединить к электросети. Роторная обмотка при этом подключается к источнику, генерирующему постоянное напряжение. Момент вращения образуется, когда происходит взаимосвязь крутящегося магнитного поля и постоянного тока, находящегося на возбужденной обмотке.

Узнать более подробно, что такое синхронный генератор, и как он работает, вы можете из нашей статьи.

Прочая и полезная информация

Прочая и полезная информация

Что такое силовой генератор и как он работает?

Сравнение генераторов на дизельном топливе, пропане и природном газе

Генераторы могут работать на самых разных видах топлива, начиная от тяжелого топлива и заканчивая пропаном. Выбор топлива зависит от различных факторов: стоимость генератора, стоимость топлива, доступность топлива, аспекты хранения топлива, характер выбросов каждого вида топлива, а также ограничения по шуму. Генераторы могут быть предназначены для работы с широким рядом видов топлива, начиная от лигроина и заканчивая биотопливом, но некоторыми из наиболее широко используемых видов топлива являются дизель, пропан и природный газ.


Что такое дизельные генераторы и как они работают?

Как и в случае с автомобильными двигателями, двигатели генератора отличаются в зависимости от используемого топлива. Дизельные двигатели являются видом двигателей с воспламенением от сжатия. Такие двигатели поджигают топливо посредством его нагревания до температуры выше его температуры самовоспламенения. Относительна низкая температура самовоспламенения дизельного топлива, составляющая 410 °F, делает его идеальным вариантом для, как вы уже догадались, дизельных двигателей. Как правило, для запуска менее крупных дизельных двигателей электростартер толкает поршни двигателя, сжимая при этом воздух внутри цилиндров двигателя и повышая его температуру. Это называется запуском посредством проворота коленчатого вала. Когда температура внутри цилиндра достигает температуры самовоспламенения топлива, топливо впрыскивается в цилиндр и мгновенно воспламеняется. Это отталкивает поршень (при этом выпускной клапан открывается для выброса газа) и приводит в движение коленчатый вал. Тот же процесс происходит и с другими цилиндрами, в результате чего возникает вращательное движение, необходимое для выработки электричества и поддержания цикла воспламенения от сжатия в двигателе.

В то же время бензиновые двигатели впрыскивают воздух и топливо в свои цилиндры в одно и то же время, а для зажигания им необходима искра. Благодаря простоте своего механизма зажигания дизельные двигатели зачастую являются очень надежными и долговечными. Отсутствие свечей зажигания также устраняет излучение радиочастот, которые могут мешать работе чувствительного электронного оборудования. Дизельные двигатели также являются высокоэффективными, в том числе и при более низких нагрузках, благодаря своему высокому коэффициенту сжатия.

Знаете ли вы, что только автомобили с дизельными двигателями допускаются в американскую национальную зону радиомолчания? Американская национальная зона радиомолчания — это масштабная зона в штатах Виргиния и Западная Виргиния, в которой действует ограничение на радиоизлучение для предотвращения помех в работе расположенных там радиотелескопов. (В ней также запрещены мобильные телефоны, Wi-Fi и микроволновые печи).

Что такое пропановые генераторы и как они работают?

Пропан — это еще один превосходный вариант топлива для генераторов. Двигатели на пропане очень похожи на бензиновые двигатели тем, что оба этих варианта работают по принципу зажигания от искры. Пропановые двигатели впрыскивают смесь воздуха и топлива в цилиндры двигателя, после чего свеча зажигания поджигает эту смесь.

Пропан имеет несколько преимуществ, которые позволяют генераторам на пропане особенно хорошо подходить для работы в качестве резервных источников питания для жилых домов. Как бензин, так и дизель могут испортиться в течение нескольких лет, а если хранить канистру с одним из этих видов топлива в доме, она может начать выделять испарения. Бензин и дизель также можно пролить, а процесс их уборки может оказаться довольно сложным. В то же время пропан можно хранить на бессрочной основе и не волноваться о том, что он может разлиться. Важно отметить, что многие домовладельцы уже имеют в своей собственности пропановый цилиндр, что устраняет необходимость хранения дополнительной топливной канистры у них в доме.


Что такое генераторы на природном газе и как они работают?

Генераторы на природном газе очень схожи по своей работе с пропановыми генераторами. Оба этих вариант используют свечи зажигания и оба имеют экологически чистый характер выбросов. Использование природного газа зачастую целесообразно только в тех местах, где функционирует распределительная сеть природного газа, поскольку самостоятельное его хранения редко бывает возможным. Но это не всегда так в сельской местности.

Генераторы на природном газе хорошо подходят для коммерческих и промышленных сфер применения в местах с надежным снабжением природным газом. В Соединенных Штатах природный газ зачастую является недорогим и широкодоступным. Для сфер крупномасштабного применения, для которых требуется большой объем топлива, возможность отказаться от хранения топлива на территории предприятия является огромным преимуществом. Кроме того, поскольку сжигание природного газа является довольно экологически безопасным, экологические стандарты для генераторов на природном газе зачастую являются менее ограничительными, чем стандарты для генераторов на жидком топливе. В результате этого иногда их можно намного легче подстроить под ситуацию, чем дизельные или бензиновые генераторы.
 


Сравнение резервных генераторов, генераторов основной мощности и генераторов бесперебойного питания

Одним из наиболее важных критериев при выборе генератора является цель его использования. Генераторы имеют разные классификации в зависимости от того, где и для чего они используются. Выбор подходящего для вашей деятельности генератора похож на выбор правильных аккумуляторных батарей для трейлера: один аккумулятор заводит двигатель трейлера, поэтому он должен высвобождать мощный поток электричества, в то время, как резервный аккумулятор, обеспечивающей энергию для освещения и холодильника, должен высвобождать небольшой объем электричества в течение более длительного периода времени.

О генераторах тоже можно рассуждать в подобном ключе — будет ли требоваться очень большой объем электричества на короткий период времени или сравнительно большой объем на более длительный период, или же генератор будет использоваться постоянно? Тремя основными категориями использования генераторов являются: использование в качестве резервного или первичного источника питания, а также использование для постоянной выработки электроэнергии.

Многие современные генераторы имеют модульную конструкцию, что обеспечивает возможность создания идеальной комбинации двигателя и синхронного генератора в соответствии со сферой применения.

Отдельный генератор можно использовать для разных сфер применения и получать разную номинальную мощность по паспорту в зависимости от сферы применения. Другими словами, один и тот же генератор может предоставлять 100 % от своей максимальной номинальной мощности при использовании в одной сфере применения (например, в экстренных ситуациях) но всего 70 % при постоянной эксплуатации.

Синхронные генераторы. Конструкция синхронных генераторов. Принцип действия синхронного генератора, страница 2

Магнитное поле ротора, созданное постоянным током, подведен­ным на зажимы И1И2 обмотки возбуждения, вращаясь вместе с ротором, пересекает проводники обмотки статора и наводит в ее фазах э. д. с. ЕА, Ев и Ес одинаковой величины и частоты, но сдвинутые по фазе на 120° относительно друг друга. Частота на­веденной э. д. с. пропор­циональна частоте враще­ния ротора.

При подключении к вы­водам С1, С2 и СЗ обмот­ки статора нагрузки (потребителя энергии) Zн в це­пи генератора появляются токи IA, IВ и IС. Таким образом, синхронный гене­ратор, потребляя механиче­скую энергию первичного двигателя, отдает электри­ческую энергию перемен­ного тока.

Э. д. с. фазы обмотки статора определяется вы­ражением

где kwl — обмоточный коэффициент обмотки статора; Ф — вращаю­щийся магнитный поток ротора; w1 — число витков фазы обмотки статора.

Обмотки статора синхронных машин делают распределенными с укороченным шагом, что способствует уменьшению амплитуды высших гармоник в кривой э. д. с, наводимой в обмот­ке статора.

Величина линейной э. д. с. на выходе синхронного генератора Ел зависит от схемы соединения фазных обмоток статора: при со­единении в звезду ЕЛ =  E1; при соединении в треугольник Ел = E1.

3.1.4. Магнитное поле синхронного генератора при холостом ходе и при нагрузке. Реакция якоря

Если синхронный генератор работает в режиме холостого хода, то ток в обмотке статора отсутствует и в генераторе действует лишь одна м. д. с, создаваемая током обмотки возбуждения (ротора) FB. Эта м.д.с. создает в магнитной системе генератора магнитный по­ток возбуждения, направленный по оси полюсов ротора и вращаю­щийся вместе с ротором с частотой n1.

При подключении нагрузки ZH в каждой фазе обмотки статора возникает переменный ток I1, который создает м. д. с. якоря (статора) Fa. Если генератор трехфазный, то система токов I1 создает магнитное поле статора Фа, вращающееся в сторону вращения ротора с синхронной частотой n1.

Таким образом, при работе синхронного генератора в режиме нагрузки в нем действуют две м. д. с, которые создают соответст­венно два магнитных поля: возбуждения и якоря (статора).

Рис. 5. Реакция якоря синхронного генератора

Воздействие поля якоря на магнитное поле машины называете реакцией якоря. Влияние реакции якоря на рабочие свойства синхронной машины зависит не только от величины тока нагрузки I1 как это имело место в машинах постоянного тока, но и от характера нагрузки, т. е. от угла сдвига между э. д. с. машины и током статора.

Для выяснения влияния реакции якоря рассмотрим рис. 5.

На рис. 5,а изображен синхронный генератор с явно выраженными полюсами при чисто активной нагрузке. На ста­торе генератора расположена многофазная обмотка. При вращении ротора максимальная э. д. с. E1max наводится в проводниках, нахо­дящихся в рассматриваемый момент времени под серединой полю­сов ротора. Так как ток I1 в этом случае совпадает с E1 по фазе (во времени), то максимум тока I1max будет иметь место в тех же; проводниках обмотки статора. М.д.с. обмотки статора Fa всегда направлена по оси той фазы, в которой в данный момент времени ток максимален. Это значит, что м.д.с. обмотки статора будет направлена перпендикулярно оси полюсов ротора, а следовательно, перпендикулярно м.д. с. возбуждения FB. Так же будет направлен и поток реакции якоря. Таким образом, при чисто активной нагруз­ке реакция якоря (статора) поперечная — поток Фа направлен по оси qq. Поперечная реакция якоря синхронного генератора вы­бывает искажение, магнитного потока и оказывает такое же влия­ние на основное поле машины, как и реакция якоря в генераторе постоянного тока: ослабляет основное поле под набегающим краем полюса и усиливает его под сбегающим краем. Некоторое умень­шение результирующего магнитного потока по сравнению с пото­ком возбуждения вызывается насыщением магнитной системы гене­ратора.

При чисто индуктивной нагрузке (рис.5,б)   ток I1 отстает по фазе от Е1 на четверть периода (90°). Это значит, что максимум тока I1max будет не в тех проводниках, в которых в данный момент времени э. д. с.  максимальна, а в проводниках, в которых максимум Е1 был па 1/4 периода раньше. М. д. с. статорной обмотки F а в этом случае будет направлена не по поперечной (qq), а по продольной оси машины (dd), совпадающей с осью полюсов. Причем м. д. с. Fa направлена навстречу м. д. с. Fв и ока­зывает на магнитное поле машины размагничивающее действие. Таким образом, при чисто индуктивной нагрузке реакция якоря (статора) продольная размагничивающая.

При  чисто емкостной  нагрузке (рис. 5,в) ток якоря

I1 опережает по фазе Е1 на 90°. Это значит, что максимум тока I1max будет не в тех проводниках, в которых в данный момент э. д. с. максимальна F1max, а в проводниках, в которых максимум э. д. с. будет через 1/4 периода (при повороте ротора на 90°). М. д. с. обмотки статора Fa в этом случае будет направлена по продольной оси в ту же сторону, что и м. д. с. обмотки возбужде­ния Fв. Таким образом, при чисто емкостной нагрузке реакция якоря продольная намагничивающая.

Электрическая машина может быть определена как устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую или механическую энергию в электрическую. Электрический генератор можно определить как электрическую машину, которая преобразует механическую энергию в электричество. Электрический генератор обычно состоит из двух частей, статора и ротора. Существуют различные типы электрических генераторов, такие как генераторы постоянного тока, генераторы переменного тока, автомобильные генераторы, электрические генераторы с приводом от человека и так далее.В этой статье мы обсудим принцип работы синхронного генератора.



Синхронный генератор

Вращающиеся и неподвижные части электрической машины можно назвать соответственно ротором и статором. Ротор или статор электрических машин выступает в качестве энергопроизводящего элемента и называется якорем. Для этого используются электромагниты или постоянные магниты, установленные на статоре или роторе, магнитное поле электрической машины. Генератор, который использует постоянный магнит вместо катушки для создания поля возбуждения, называется синхронным генератором с постоянным магнитом или просто синхронным генератором.


Конструкция синхронного генератора

Как правило, синхронный генератор состоит из двух частей: ротора и статора. Роторная часть состоит из полюсов возбуждения, а статорная часть — из проводников якоря. Вращение полюсов поля в присутствии проводников якоря индуцирует переменное напряжение, которое приводит к производству электричества.



Строительство синхронного генератора

Скорость полюсов поля является синхронной и определяется выражением


столбы.

Принцип работы синхронного генератора

Принцип работы синхронного генератора основан на электромагнитной индукции. Если между потоком и проводниками существует относительное движение, то в проводниках индуцируется ЭДС. Чтобы понять принцип работы синхронного генератора, рассмотрим два противоположных магнитных полюса, между ними помещается прямоугольная катушка или катушка, как показано на рисунке ниже.


Прямоугольный проводник, расположенный между двумя противоположными магнитными полюсами

Если прямоугольная катушка поворачивается по часовой стрелке вокруг оси a-b, как показано на рисунке ниже, после поворота на 90 градусов стороны проводника AB и CD располагаются соответственно перед S полюс и северный полюс.Итак, теперь мы можем сказать, что касательное движение проводника перпендикулярно линии магнитного потока от Северного к Южному полюсу.

Направление вращения проводника перпендикулярно магнитному потоку

Так что здесь скорость потока, прорезающего проводник, максимальна и индуцирует ток в проводнике, направление индуктируемого тока можно определить по правилу правой руки Флеминга . Таким образом, можно сказать, что ток пойдет от А к В и от С к D.Если повернуть проводник по часовой стрелке еще на 90 градусов, он займет вертикальное положение, как показано на рисунке ниже.

Направление вращения проводника параллельно магнитному потоку

Теперь положения проводников и линий магнитного потока параллельны друг другу, поэтому поток не будет пересекаться и в проводнике не будет индуцироваться ток. Затем, когда проводник поворачивается по часовой стрелке еще на 90 градусов, прямоугольное вращение приходит в горизонтальное положение, как показано на рисунке ниже.Таким образом, AB и CD находятся под N и S соответственно. Используя правило правой руки Флеминга, ток индуцирует AB из B в A, а CD из D в C.

Таким образом, направление тока может быть указано как A - D - C - B, а направление тока для предыдущего горизонтального положения витка прямоугольника - A - B - C - D. Если катушку повернуть обратно к вертикальному положению, то индуцированный ток снова упадет до нуля. Таким образом, за один полный оборот прямоугольника ток в проводнике достигает максимума и падает до нуля, а затем в обратном направлении достигает максимума и снова достигает нуля.Таким образом, один полный оборот квадратного оборота производит одну полную синусоиду со значением тока, индуцируемого в проводнике, что можно описать как генерацию переменного тока путем вращения катушки в магнитном поле.

Если мы рассмотрим практический синхронный генератор, магниты возбуждения вращаются между неподвижными проводниками якоря. Ротор синхронного генератора и вал или лопасти турбины механически связаны друг с другом и вращаются с синхронной скоростью.Таким образом, срез магнитного потока создает ЭДС индукции, которая вызывает протекание тока в проводниках якоря. Таким образом, по каждой обмотке первую половину цикла ток течет в одном направлении, а вторую половину цикла - в другом, с запаздыванием на 120 градусов (сдвинутым на 120 градусов). Следовательно, выходная мощность синхронного генератора может быть представлена ​​на рисунке ниже.

Хотите узнать больше о синхронных генераторах и интересуетесь разработкой электронных проектов? Не стесняйтесь делиться своими взглядами, идеями, предложениями, запросами и комментариями в разделе комментариев ниже.

.

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ЖЕСТКОЙ СЕТЬЮ

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ЖЕСТКОЙ СЕТЬЮ

  1. Строительство и эксплуатация синхронного генератора

Генератор синхронный - многофазный генератор переменного тока, в котором магнитное поле индуцирует переменное напряжение в обмотке статора (обычно трехфазной), называемой якорем. Магнитное поле создается обмоткой возбуждения, установленной на роторе, называемом магнитом возбуждения, и питается постоянным током.

В конструкции, в которой обмотка возбуждения установлена ​​в статоре, ротор является якорем, а статор — магнитом возбуждения. Механическая энергия, подводимая к ротору, поступает от обмоток статора в виде электричества. Синхронный генератор является обратимой машиной и может также работать как двигатель. В некоторых решениях синхронных машин, особенно маломощных, вместо обмотки возбуждения используются постоянные магниты.

Питание обмотки возбуждения постоянным током (или использование постоянных магнитов) приводит к тому, что магнитное поле, создаваемое этой обмоткой, стационарно по отношению к ротору и вращается синхронно с ротором (отсюда и название синхронный генератор ).В таких машинах нет явления скольжения и нет необходимости гальванизировать ротор, так как при нормальной работе в нем не протекают переменные токи. Синхронные генераторы большой мощности (от нескольких до нескольких сотен МВт) являются базовыми агрегатами, на базе которых строится Национальная энергосистема. Питание обмотки возбуждения от независимого источника постоянного тока, т.н. возбудитель позволяет легко регулировать ток намагничивания и компенсацию реактивной мощности в системе, благодаря чему синхронные генераторы обеспечивают стабильное взаимодействие с индуктивными приемниками (трансформаторами) и, следовательно, обеспечивают стабильное сетевое напряжение для конечных потребителей, питающихся от сетей низкого напряжения.

  1. Что такое параллельная работа синхронного генератора с жесткой сетью?

В жесткой сети частота индуцированных напряжений равна частоте напряжения в сети и не может быть изменена. Изменение момента приводной машины не меняет частоты вращения генератора в установившемся режиме, но вызывает изменение его нагрузки. Параллельная работа заключается в доведении параметров генератора до такого значения, чтобы при его включении в сеть протекали минимально возможные уравнительные токи.

- u g = u s , - f g = f s , - та же последовательность фаз, - соответствие фазового угла.

  1. Объясните разницу между синхронизацией и самосинхронизацией синхронного генератора с жесткой сетью.

Синхронизация заключается в приведении синхронного генератора в такое состояние, при котором сумма мгновенных значений холостого хода индуцированного генератора и сетевых напряжений по обеим сторонам ножей каждой фазы выключателя равна нулю.
Сама синхронизация представляет собой активацию якоря неактивированной ведомой машины до скорости сверхсинхронности. При выборе метода синхронизации следует учитывать ее продолжительность, особенно при обездвиживании агрегатов при отказе питаемых устройств

  1. Укажите условия корректной синхронизации синхронного генератора с жесткой сетью

- равные действующие значения напряжения сети и генератора U s = U и f
- равная частота напряжения сети и генератора f 1 = f 2
- совместимость чередования фаз генератора и сети
- мгновенные значения векторной суммы напряжений генератора и сети должны равняться нулю U с + U и = 0

  1. Каким образом среднеквадратичное напряжение синхронного генератора равно напряжению жесткой сети?

Равенство действующих значений U s = U и f получают регулировкой тока возбуждения генератора до достижения этого условия.Если имеется разность значений этих напряжений, то после включения генератора в сеть под действием разности напряжений ΔU протекает реактивный ток, который, однако, не дает никакого вращающего момента.

  1. Как частота напряжения синхронного генератора равна частоте напряжения жесткой сети?

Получается путем регулировки скорости вращения синхронного генератора. Если это условие не выполняется, f 1 ≠ f 2 , возникает разность напряжений ΔU между соответствующими показаниями напряжения, изменяющимися во времени.Под действием этого напряжения потечет ток I, который будет сдвинут по отношению к сетевому напряжению на некоторый угол φ. Поэтому в момент включения в синхронном генераторе появится тормозящий или ускоряющий момент.

  1. Как определить правильную последовательность фаз синхронного генератора по отношению к жесткой сети?

Чтобы чередование фаз подключенного генератора совпадало с чередованием фаз в сети, необходимо соблюдать соотношение

ΔU 1 = ΔU 2 = ΔU 3 = 0

В случае неправильного чередования фаз на двух фазах выключателя будут напряжения, где напряжение изменяется от 0 до 2U м .Соблюдение чередования фаз проверяется с помощью индикатора чередования фаз.

  1. Привести эффекты синхронизации синхронного генератора с жесткой сетью при различных значениях напряжения сети и генератора (выполняются другие условия синхронизации).

Из-за разницы напряжений реактивный ток течет без какого-либо крутящего момента.

  1. Представить результаты синхронизации синхронного генератора с жесткой сетью при неправильной последовательности фаз сети и синхронного генератора (остальные условия выполнены).

Если бы последовательность фаз подключенного генератора отличалась от последовательности фаз сети, то не было бы времени, когда ΔU 1 = ΔU 2 = ΔU 3 = 0 и выключатель можно было бы включить

  1. Привести эффекты синхронизации синхронного генератора с жесткой сетью при различных значениях частоты сети и напряжений синхронного генератора (при соблюдении других условий).

Под влиянием различных значений частоты возникает разность напряжений между соответствующими показаниями напряжения, меняющимися со временем.Под действием этого напряжения протекает ток I, который будет сдвинут по отношению к сетевому напряжению на небольшой угол φ. Поэтому в момент включения в синхронном генераторе появится тормозящий или ускоряющий момент.

  1. Как осуществляется синхронизация синхронного генератора с жесткой сетью методом «вращающегося света»?

Лампочки включаются и выключаются в определенном порядке (1,2,3 или 3,2,1) в зависимости от того, меньше или больше угловая скорость звезды напряжения генератора, чем угловая скорость сетевого напряжения звезда.За один оборот напряжение на лампочке возрастает от нуля до максимального значения, а затем снова падает до нуля. Создается впечатление вращающегося света. Синхронизм в этой системе получается, когда лампочка 1 выключена, а две другие светят одинаково.
При разном порядке фаз сети и генератора лампочки не крутятся, а загораются и гаснут одновременно. Чем медленнее вращение света, тем меньше разница в частоте между напряжением сети и напряжением генератора.

  1. Как осуществляется самосинхронизация синхронного генератора с жесткой сетью?

Этот метод заключается в подключении к сети невозбужденного синхронного генератора, вращающегося с близкой к синхронной скоростью.После включения генератора в сеть его следует возбудить таким напряжением, чтобы по обмотке возбуждения протекал ток возбуждения холостого хода I FON . Поток тока возбуждения создаст крутящий момент, который со временем приведет ротор генератора в синхронизм. Во время самой синхронизации цепь возбуждения должна быть закорочена резистором для защиты от перенапряжения.


  1. Что необходимо сделать при синхронизации синхронного генератора с жесткой сетью?

  1. Подключаем систему по схеме,

  2. Подаем напряжение в цепь возбуждения двигателя с раздельным возбуждением, являющегося приводом генератора,

  3. Запускаем двигатель до синхронной скорости,

  4. Возбуждаем генератор до тех пор, пока напряжение на статоре не сравняется с напряжением сети,

  5. Индикатором чередования фаз проверяем соответствие чередования фаз сети и генератора,

  6. Регулируя скорость вращения генератора, приводящего в движение генератор, добиваемся равной частоты,

  7. При выключенной «темной» лампочке или при переходе стрелки синскопа через 0 генератор подключен к сети.

  1. Как определяются кривые V синхронного генератора, взаимодействующего с жесткой сетью, и их теоретический ход.

Измерения начинаются после синхронизации. При постоянном напряжении устанавливается постоянное значение мощности, отдаваемой генератором. Это достигается регулировкой возбуждения приводного двигателя. Затем, изменяя ток возбуждения генератора, изменяем ток якоря. Будьте осторожны, чтобы генератор не выпал из синхронизма.

  1. Эффекты, когда векторы напряжения не сбрасываются.

Альфа должна быть равна 180 на , иначе потенциалы не будут равны с обеих сторон.


Поисковик

Связанные страницы:
ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ЖЕСТКОЙ СЕТЬЮ ответы
Серия II ga Параллельная работа синхронного генератора с жесткой сетью
Параллельная работа синхронных генераторов
СИНХРОННАЯ СИНХРОННАЯ РАБОТА ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА
Синхронный генератор (наш)
Синхронный генератор взаимодействие с сетью
Синхронный генератор
Связь в компьютерных сетях Ответы?
Испытание трехфазного синхронного генератора в жесткой сети
Испытание синхронного генератора
Параллельная работа трехфазных трансформаторов (2) (1), Электротехника, Курс 2, Электрические машины
Синхронно с сетью, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Динамическая устойчивость синхронного генератора Фурка Дрезера, Основы электроэнергетики 2)
лаборатории - С2, 04.01. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ, 07. Публикации по электрике, 08. Генераторы, #Синхронизация
Управление ЛВС - 80% ответов, IT-школа ответов, Управление ЛВС
gensynch, Przwatne, Учеба, семестр 5, синхронный генератор
Параллельная работа трехфазного трансформаторы

еще похожие страницы

.

Электрогенераторы асинхронные | АЕМ Дессау ГмбХ

Асинхронные генераторы используются для подачи электроэнергии в сеть («регенеративное торможение») и для выработки электроэнергии. Скорость вращения и коэффициент мощности не зависят друг от друга.

Для выработки энергии асинхронному генератору требуется сеть питания (асинхронный генератор с питанием от сети) или батарея конденсаторов, подключенная параллельно в независимом режиме (асинхронный генератор с конденсаторным возбуждением или асинхронный генератор с автономным возбуждением).

  • Размер: до 800
  • Степени защиты: до IP 56
  • Типы охлаждения: до IC 86W7
  • Скорость: до 3600 об/мин
  • Термические классы: F и H

Дополнительные компоненты:

Машины могут быть оснащены следующими принадлежностями для адаптации машин к различным применениям, а также для целей управления и документирования: больше

Преимущества:

  • высокая надежность и длительный срок службы
  • очень экономичный в эксплуатации
  • оптимизация с точки зрения частичного обслуживания и измерений, адаптированная к индивидуальным потребностям заказчика
  • низкая стоимость и низкие эксплуатационные расходы по сравнению с классическими синхронными генераторами
  • адаптация к различным приложениям и рекомендациям заказчика, включаяв. в качестве гидрогенераторов, для диагностических станций и для выработки электроэнергии на борту судов
  • простое подключение к существующей электрической сети
  • отсутствие проблем с синхронизацией
  • эластичная муфта с окружной пружиной
  • гибкая по скорости
Number of poles 2 4 6 8 10 12 14 ... 40
Number of revolutions 1) 3000 1500 1000 750 600 500 429 ... 150
Power 2)
from
160 160 132 90 75 40 35 ... 10
to 1560 5000 5000 4000 2800 1950 1560 ... 35

1) [мин -1 ], 2) [кВт], AEM низкое напряжение до 1000 В

Number of poles 2 4 6 8 10 12 14 ... 30
Number of turns 1) 3000 1500 1000 750 600 500 429 ... 200
Power 2)
from
132 132 110 90 75 50 40 ... 10
to 1000 4000 4000 2800 2000 1560 1120 ... 40

1) [мин -1 ], 2) [кВт], среднее напряжение АЭМ от 1000 до 6600 В

Number of poles 2 4 6 8 10 12 14 ... 20
Number of turns 1) 3000 1500 1000 750 600 500 429 ... 300
Power 2)
from
132 132 110 90 75 50 40 ... 110
to 1000 4000 4000 2800 2000 1560 1120 ... 160

1) [мин -1 ], 2) [кВт], AEM высокого напряжения свыше 6600 В

.

КОМЕЛЬ

Двигатели с постоянными магнитами Двигатели с постоянными магнитами

Производство машин с постоянными магнитами было начато компанией KOMEL в 2004 году, и с тех пор было произведено несколько тысяч единиц. Трехфазные синхронные генераторы с постоянными магнитами предназначены для использования в основном в малых ветровых или гидроэлектростанциях, а также в других электромеханических установках.
Ниже представлена ​​важная информация о наших генераторах.
Наши электрогенераторы являются трехфазными машинами и построены с использованием стандартных корпусов, произведенных в Польше. Их степень защиты от погодных условий IP54, что означает, что:
- корпус обеспечивает частичную защиту от проникновения воды,
- корпус обеспечивает защиту от брызг воды.

Возможно изготовление различных форм (монтажных) корпуса, например, "воротник", "апач" или "апекс" и два рабочих варианта (горизонтальный или вертикальный). Стандартный вариант - "на апер", при работе горизонтально.Следует помнить, что каждое исполнение корпуса генератора, отличное от стандартного, требует дополнительных затрат.

Прднице характеризуется очень высоким КПД (до 97%), намного выше, чем у асинхронных генераторов или генераторов постоянного тока. Такой высокий КПД обуславливает малые потери при преобразовании энергии ветра в электрическую. Используя наши электрогенераторы, вы получаете больше электроэнергии, чем в случае с другими типами генераторов. Прднице, как современный и эффективный источник энергии, был награжден медалью Президента SEP на Международной ярмарке ENEX - Nowa Energia в Кельце.

Генераторы с постоянными магнитами генерируют напряжение, линейно зависящее от скорости вращения. При номинальной скорости и номинальной нагрузке на клеммах генератора получается номинальное напряжение, но при дальнейшем увеличении скорости напряжение на клеммах продолжает расти, когда сам генератор не оборудован каким-либо ограничителем скорости или напряжения. Это следует учитывать при проектировании, например, небольшой ветряной электростанции.

В стандартном исполнении прднице рассчитаны на номинальное напряжение 3x400 В.Возможна также намотка генератора таким образом, чтобы он получал необходимое напряжение при определенной частоте вращения (по желанию заказчика). Однако следует иметь в виду, что напряжение и частота на выходных зажимах генератора линейно возрастают с увеличением частоты вращения ротора машины.
При номинальной скорости генерируемое трехфазное напряжение имеет частоту 50 Гц (если не указано иное).

Генератор не оборудован регулятором скорости, регулятором частоты или напряжения и системой управления системой возбуждения (используются постоянные магниты).

Напряжение можно регулировать только изменением скорости вращения ротора генератора (при постоянной нагрузке) или применением подходящего преобразователя на выходе генератора. При изменении скорости вращения изменяется и частота генерируемого напряжения. Потребители резистивного нагрева могут питаться непосредственно от генератора. Питание нагрузок, требующих соответствующего качества питающего напряжения (постоянство действующего значения и частоты), требует использования дополнительного электронного преобразователя (преобразователя).
Генератор может работать в обоих направлениях вращения ротора.

При скорости ниже номинальной генератор по-прежнему подает питание, но с более низким напряжением и частотой. Мощность, получаемая от генератора при более низкой частоте вращения, также ниже номинальной мощности.

Электрогенераторы необслуживаемые и срок их службы ограничен только механическими причинами - подшипниками (конечно, после замены подшипников они еще могут работать). Однако замена подшипников должна производиться специально обученным персоналом (гарантийное и послегарантийное обслуживание КОМЭЛ), в связи с тем, что генераторы имеют специфические роторы, которые легко повредить при разборке.Мы предоставляем гарантию
на 2 года с момента покупки. К каждому генератору прилагается соответствующее руководство, а также условия гарантии. Электроинструменты отмечены знаком безопасности CE, который требуется Европейским Союзом.

Цена генератора рассчитывается каждый раз по конкретному запросу.
Для этого укажите номинальную мощность генератора, частоту вращения, номинальное напряжение и частоту, форму исполнения (на вершине или на вершине) и способ фундамента (вертикальный или горизонтальный).

документация по эксплуатации и обслуживанию
габариты генератора

Генератор дисковый без сердечника - характерной особенностью генератора является его модульная конструкция, т.е. генератор мощностью

4 кВт выполнен из двух модулей 2 х 2 кВт.Статор выполнен без сердечника (без ферромагнитного материала), благодаря чему достигается полное отсутствие зубцового момента и синусоидальное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре. Благодаря большому диаметру дисков этот генератор успешно используется в тихоходных бытовых ветроустановках с вертикальной осью вращения.

Номинальные данные 1-го генераторного модуля

Номинальная полная мощность S = 1700 ВА
Номинальная скорость вращения n = 90 об/мин
Номинальный КПД eta = 71%
Номинальный ток I = 4.5 А
Номинальное междуфазное напряжение U=220 В
Напряжение холостого хода Ubj=250 В
Масса генератора 4 кВт (2 режима) m=155 кг
Момент инерции J=4,1 кг*м2

Прототип современного В Комеле разработан тихоходный генератор синхронный с постоянными магнитами, предназначенный для использования в малых и микроГЭС. Этот генератор подключается к электросети через специальный преобразователь частоты.Использование современного решения генераторной установки (синхронный генератор + преобразователь частоты) приводит к значительному повышению эффективности выработки электроэнергии на этих электростанциях.
Новое решение генераторной установки особенно рекомендуется для тех мини и микро ГЭС, в которых так называемые подписать турбины. В польских гидрологических условиях, обычно характеризующихся небольшим падением воды и относительно небольшими требуемыми инвестиционными затратами, использование турбин мгновенного действия является наиболее выгодным.Эти турбины конструктивно аналогичны турбинам Каплана, а основное отличие состоит в отсутствии возможности регулировки угла наклона зарядов в турбинах мгновенного действия. Важным недостатком турбин мгновенного действия является то, что при определенных, обычно навязываемых значениях перепада и расхода воды они достигают высокой эффективности преобразования энергии в очень узком диапазоне частот вращения. Даже незначительное отклонение скорости вращения турбины от ее оптимального значения для данных водных условий вызывает значительное снижение КПД турбины.

Для поддержания высокой эффективности преобразования энергии, независимо от текущего состояния воды, необходимо регулировать скорость вращения турбины мгновенного действия.Регулирование частоты вращения турбины невозможно в случае классического силового агрегата на основе асинхронного генератора, работающего непосредственно от сети, в котором генератор должен работать с постоянной частотой вращения, несколько превышающей его так называемую синхронная скорость. С другой стороны, возможность регулирования частоты вращения гидротурбины в зависимости от изменения гидрологических условий является одним из основных преимуществ энергоустановок на основе синхронного генератора с постоянными магнитами, подключенного к сети через преобразователь частоты.

Основные данные прототипа синхронного генератора с постоянными магнитами:
- Номинальная мощность P N = 75 кВт;
- Номинальный коэффициент мощности cos j = 1;
- Номинальная скорость вращения f N = 333 об/мин;
- Номинальная эффективность ч Н = 96%.

.

Разница между асинхронным двигателем и синхронным двигателем

Трехфазный синхронный двигатель — это машина с двойным возбуждением, а асинхронный двигатель — это машина с одним возбуждением. Обмотка якоря синхронного двигателя питается от источника переменного тока, а обмотка возбуждения — от источника постоянного тока. Обмотка статора асинхронного двигателя питается от источника переменного тока.

  1. Являются ли синхронные двигатели асинхронными?
  2. В чем разница между синхронным двигателем и синхронным генератором?
  3. В чем разница между синхронным генератором и асинхронным генератором?
  4. Каковы преимущества синхронного двигателя перед асинхронным двигателем?
  5. Синхронные двигатели переменного или постоянного тока?
  6. Какие 3 вещи необходимы для работы асинхронного двигателя?
  7. Каков принцип работы синхронного двигателя?
  8. Каковы преимущества синхронного двигателя?
  9. Каков принцип работы синхронного генератора?
  10. Как запускается асинхронный двигатель?
  11. Как запускается синхронный двигатель?
  12. Что такое синхронная скорость?

Являются ли синхронные двигатели асинхронными?

Как и асинхронный двигатель, синхронный двигатель переменного тока также включает статор и ротор.Обмотки статора также подключены к сети переменного тока, как и в асинхронном двигателе. Магнитное поле статора вращается в соответствии с частотой сети. ...Соответственно, чем больше полюсов, тем медленнее вращение синхронного двигателя.

В чем разница между синхронным двигателем и синхронным генератором?

Основное различие между ними заключается в условных обозначениях символов. Ниже приведены схемы генератора слева и двигателя справа. Каждая подключена к бесконечной шине с напряжением Vt (напряжение и частота бесконечной шины постоянны независимо от мощности главного привода и возбуждения машины).

В чем разница между синхронным и индуктивным генератором?

Отличие синхронного генератора от асинхронного. В синхронном генераторе форма генерируемого напряжения синхронизирована (прямо соответствует) с частотой вращения ротора. ... Асинхронный генератор получает реактивную мощность от энергосистемы для возбуждения поля.

Каковы преимущества синхронного двигателя перед асинхронным двигателем?

Преимущество или преимущества:

Одним из основных преимуществ использования синхронного двигателя является возможность регулирования коэффициента мощности.Синхронный двигатель с перевозбуждением может иметь опережающий коэффициент мощности и может работать параллельно с асинхронными двигателями и другими нагрузками с отстающим коэффициентом мощности, тем самым улучшая коэффициент мощности системы.

Синхронные двигатели переменного или постоянного тока?

Синхронный электродвигатель - двигатель переменного тока, в котором в установившемся режиме вращение вала синхронизировано с частотой питающего тока; период вращения точно равен общему числу циклов переменного тока.... Синхронный двигатель и асинхронный двигатель являются наиболее широко используемыми типами двигателей переменного тока.

Какие 3 вещи необходимы для работы асинхронного двигателя?

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных компонентов, а именно статора и ротора. В этом двигателе статор является неподвижной частью, а ротор - вращающейся частью. В этом двигателе нагрузка подключена к валу. Трехфазная обмотка якоря может быть намотана на статор.

Каков принцип работы синхронного двигателя?

Работа синхронных двигателей зависит от взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем ротора.Статор содержит трехфазные обмотки и питается трехфазным током. Таким образом, обмотка статора создает трехфазное вращающееся магнитное поле.

Каковы преимущества синхронного двигателя?

Преимущества синхронного двигателя

  • Преимуществом использования синхронного двигателя является возможность регулировки коэффициента мощности. ...
  • Скорость остается постоянной независимо от нагрузки в синхронных двигателях. ...
  • Синхронные двигатели имеют более широкий воздушный зазор, чем асинхронные двигатели, что делает их более механически стабильными.

Каков принцип работы синхронного генератора?

Принцип работы синхронного генератора основан на электромагнитной индукции. Если между потоком и проводниками существует относительное движение, в проводниках индуцируется ЭДС.

Как запускается асинхронный двигатель?

При подаче питания на статор трехфазного асинхронного двигателя создается вращающееся магнитное поле, и ротор начинает вращаться, и асинхронный двигатель запускается.В момент пуска скольжение двигателя равно единице и пусковой ток очень большой.

Как запускается синхронный двигатель?

Сначала двигатель запускается как асинхронный двигатель с контактными кольцами. Сопротивление постепенно отключается по мере того, как двигатель набирает обороты. Когда скорость достигает скорости, близкой к синхронизации, возбуждение постоянного тока передается на ротор и приводится в синхронизм. Затем он начинает вращаться как синхронный двигатель.

Что такое синхронная скорость?

: удельная скорость машины переменного тока, которая зависит от частоты силовой цепи, когда вращающийся элемент проходит через одну пару полюсов при каждом изменении переменного тока.

.

Инвертор - принцип работы, типы, применение и конструкция

Содержание (нажмите для быстрого перехода)

Инвертор что это такое?

F ( Power Inverter, German Wechselrichter ) используется для преобразования Direct Current (DC) к переменному току (AC) , с актуальной частотой. напряжения в электрооборудовании.В противоположной ситуации, т.е. когда мы хотим преобразовать переменный ток в постоянный, мы используем выпрямитель. Очень часто можно встретить название преобразователи частоты ci, что просто альтернативный термин для инверторов, именно из-за возможности регулирования частоты напряжения. Благодаря инверторам можно, в том числе, регулировать пуск и скорость вращения электродвигателей. Например, увеличение или уменьшение частоты напряжения в указанном электродвигателе вызывает изменение скорости вращения его ротора.В дальнейшей части статьи обсуждаются виды, принципы работы и применение инверторов в современных электрических системах.

Инвертор Принцип работы

Отличительной особенностью инверторов является форма и качество выходного сигнала, т.е. изменение напряжения переменного тока во времени. Обычно она соответствует синусоидальной функции, аналогичной кривой напряжения, генерируемой синхронным генератором. Как правило, индукторы с механическим контактом производят только напряжение прямоугольной формы, которое в лучшем случае подходит для работы с простыми потребителями, такими как, например, лампочки.С другой стороны, современные электронные инверторы обеспечивают чистое, точное синусоидальное выходное напряжение, не отличающееся от напряжения синхронного генератора. Конечно, решающим фактором качества инвертора является эффективность преобразования мощности. Большой вопрос заключается в том, какая часть постоянного тока на другой стороне выходит в виде переменного тока? Лучшие инверторы достигают КПД более 98 процентов и, следовательно, близки к физически возможному пределу. Этот КПД выражает отношение эффективной электрической выходной мощности переменного тока к электрической входной мощности постоянного тока и определяется по формуле:

η = P (AC) / P (DC)

AC) - выходная мощность переменного тока

P (DC) - входная мощность постоянного тока

При преобразовании энергии в инверторе некоторые потери генерируются в виде тепла, из-за чего инверторы просто нагреваются.Для улучшения условий эксплуатации, в том числе для уменьшения нагрева, инверторы часто оснащаются вентиляторами и радиаторами для охлаждения электронных компонентов.

Следующий критерий касается режима работы . Подключенные к сети инверторы, используемые в большинстве фотоэлектрических систем, адаптируются к сети питания по частоте и фазе. Они синхронизируются с сетью, чтобы принести туда солнечную энергию. Однако в случае источников бесперебойного питания и других автономных систем используются так называемые независимые инверторы.Такие инверторы автоматически определяют частоту и напряжение генерируемого переменного тока и поэтому могут выполнять функцию генератора сети.

Строительство инвертора

Рис. Строительная пластина инвертера Lenze 8200 вектор 1-фаза

A) Контрольная пластина с электрической проводящей поверхностью

B). монтируйте экран как можно дальше от поверхности к пластине экрана (PES)

C) 2-полюсная клемма для заземления двигателя и экрана двигателя

D) Заземление кабеля двигателя (PE)

E) Экран кабеля двигателя

F) Низкий мощность экранированного кабеля двигателя ( Ƽyła / Ƽyła 1.5 мм2 £ 75 пФ/м; аб 2,5 мм2 £ 100 пФ/м; Жила/экран £ 150 пФ/м)

G) Экранированный кабель с положительным температурным коэффициентом или кабель с термоконтактом

H) Закрепите экран кабеля на большой площади на пластине экрана (PES). Используйте прилагаемые зажимы экрана.

I) Соединение по схеме «звезда» или «треугольник» в соответствии с паспортной табличкой двигателя

J) Кабельный разъем ЭМС (не входит в комплект поставки)

Режим работы — от контактных инверторов до современных полупроводниковых инверторов

Режим работы инвертора работает лучше всего объяснить по аналогии с его технологической разработкой : от чисто механического контактного инвертора к современным инверторам на основе полупроводников.

90 100 Контактный инвертор

Контактный инвертор работает по тому же принципу, что и устройство под названием молоток agner ow - ток - ток возбуждения прерывается, реле вибрирует то гаснет, то снова включается ток возбуждения. Затем весь процесс начинается сначала.

Реле также может переключать полярность выходного напряжения. Частота выходного напряжения в таком инверторе обусловлена ​​инерционностью реле, которая изменяется с помощью маховика.Из-за различных недостатков, таких как высокое потребление, сильный шум и помехи от контактных искр, этот тип инверторов в настоящее время больше не используется.

Одним из наиболее интересных технических решений, применявшихся, например, для освещения вагонов поездов с батарейным питанием, была замена контактов реле токопроводящим потоком жидкой ртути, который вращался в закрытом корпусе и поочередно проходил через две контактные точки .

Решающий прорыв произошел с развитием полупроводниковой техники: силовые транзисторы в качестве электронных переключателей позволили создавать гораздо более эффективные устройства - без искрения, шума и механического износа.Схема H-моста, используемая до сих пор, составляет основу каждого инвертора . Четыре полупроводниковых ключа (сейчас часто IGBT транзисторы ) открываются и закрываются поочередно попарно в поперечном направлении так, что полярность среднего "моста" каждый раз меняется. Временной контроль полупроводников определяет частоту смены полярности и, следовательно, выходное напряжение переменного тока. В простейшем случае переключение 100 раз в секунду между состояниями переключателей «S1+S4 разомкнут» и «S2+S3 разомкнут» приведет к появлению прямоугольного переменного напряжения с частотой 50 Гц.

Таким образом, , первые полупроводниковые инверторы серии , в которых первоначально использовались тиристоры в качестве переключающих элементов, быстро зарекомендовали себя как прочные и надежные. Однако с дальнейшим развитием полупроводниковых технологий возможно гораздо больше. Современные силовые транзисторы имеют максимальные частоты c и частоты переключения 10000 Гц , поэтому они могут переключаться намного быстрее, чем это потребовалось бы для выходной частоты 50 Гц.Это именно то, что вы можете сделать с помощью Pulse Width Modulation Technique PWM (рис. 1). Мостовая схема с гораздо более быстрой тактовой частотой генерирует множество коротких импульсов напряжения различной длительности (ширины импульса), которые дают желаемый усредненный по времени выходной сигнал. Таким образом, Импульсное напряжение может модулировать любую форму сигнала - очевидно, для инверторов желаемую синусоидальную кривую .

Рис. 1.Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

Использование в конструкции инверторов c ewk и индуктивных ej позволяет сгладить сигнал короткого импульса (ФНЧ) - что приводит к чистое синусоидальное переменное напряжение. Для достижения необходимого уровня напряжения (230В, 400В или 20000В) за Н-мостом инвертора обычно следует трансформатор , дополнительно обеспечивающий гальваническую развязку сетей переменного и постоянного тока.

Помимо инверторов с трансформаторами, есть также инверторы безтрансформаторные . Эти устройства меньше по размеру, соответственно легче и обеспечивают несколько лучшую производительность. Требуемый уровень выходного напряжения здесь достигается с помощью повышающего преобразователя , который подключается перед H-мостом инвертора.

Источники питания для инверторов

По источнику питания инверторы подразделяются на:

- инверторы напряжения

- инверторы тока

90 100 инверторы напряжения 90 103

9 инверторы напряжения

9 VSI - V oltage S ource I nverter) представляют собой группу инверторов, в которых входное напряжение (на конденсаторе фильтра) является постоянным. Выходное напряжение регулируется широтно-импульсным управлением (ШИМ). Напряжение на выходных клеммах инвертора имеет форму, очень похожую на синусоиду, создаваемую в результате коммутации (тактирования) входного напряжения. Синусоидальная волна, как показано на рисунке выше, состоит из импульсов регулируемой ширины (ШИМ).На входе инвертора есть конденсатор, а тактирование напряжения осуществляется переключателем, состоящим из транзистора (часто IGBT) или реже тиристора и диода. Это позволяет переключать инвертор между полюсами источника питания независимо от направления протекания в нем тока.

90 100 Токо -инвертор

Текущие инверторы ( CSI - C URRENT S TURCE I NVERTE регулируемая частота.На входе инвертора имеется дроссель для предотвращения колебаний электрического тока и ограничения переменного тока без потери мощности. Одним из преимуществ инверторов тока является большой диапазон регулирования частоты, а при использовании в асинхронных двигателях возможна отдача энергии в сеть при торможении. Кабели и двигатели со стандартной изоляцией можно использовать при создании систем управления благодаря инвертору тока.

Обычно используемые инверторы , а также ilane являются переменными напряжениями однофазными или трехфазными, которые выдают трехфазное напряжение.В зависимости от напряжения питания, для 1-фазного инвертора, т.е. 1x230В, на выходе получается трехфазное напряжение 3x230В. В маломощных двигателях можно использовать однофазные инверторы. В случае большей мощности двигателя стандартом питания такого инвертора является напряжение 3х400В, тогда выходное напряжение - переменное напряжение 3х400В. Работа таких инверторов заключается в том, что переменный ток, питающий инвертор, сначала выпрямляется с помощью неуправляемого диодного выпрямителя или управляемого тиристорного выпрямителя.Затем на основе полученного постоянного напряжения формируются три фазы напряжения, сдвинутые друг относительно друга на 120 градусов.

Типы и управление инверторами

Управление инверторами заключается в выборе соответствующего алгоритма управления.

По способу управления различают следующие типы инверторов :

- скалярное управление

- управление с линейной характеристикой

- управление с квадратичной характеристикой

- векторное управление

скалярный инвертор 8

Что такое скалярный инвертор?

Скалярное управление — простейший метод управления пусковым моментом асинхронного двигателя с инвертором.В случае скалярного управления с линейной характеристикой сохраняется постоянная зависимость между выходной частотой и выходным напряжением U/f=const. Скалярные инверторы используются в более простых устройствах, не требующих точного управления скоростью вращения. Они очень хорошо работают в устройствах с «легким» пуском и там, где момент нагрузки электродвигателя уменьшается с увеличением скорости или относительно постоянен во всем диапазоне ее изменения.

Рис.Скалярный инвертор GD10 2,2 кВт / 400 В

90 100 Регулирование с квадратичной характеристикой

Регулирование с квадратичной характеристикой соответствует U / f² = const. По мере увеличения выходной частоты выходное напряжение становится квадратным. Эти инверторы отличаются энергосбережением, они используются, например, в вентиляторах или для управления приводами в автоматизации зданий.

Векторный инвертор

Что такое векторный инвертор?

Векторное управление является более совершенным и позволяет более точно управлять скоростью двигателя, чем скалярное управление.Векторные инверторы способны поддерживать постоянное значение крутящего момента двигателя во всем диапазоне регулирования частоты вращения. Качество управления двигателем особенно заметно на низких оборотах двигателя, так как они позволяют настроить его с точностью до сотых долей процента. Кроме того, каждый векторный инвертор способен к скалярной операции - линейной y m (U/f) . Дело в том, что они требуют дополнительных компонентов, необходимых для обратной связи.Исключением, однако, является инвертор DTC (прямое управление крутящим моментом), который имеет наиболее совершенный метод управления без обратной связи.

Рис. Векторный инвертор Goodrive20 0,75кВт/400В

При использовании векторного инвертора дополнительно требуется для определения номинальных параметров двигателя , с которым он будет работать. По этой причине большинство новых и начинающих векторных инверторов изначально настроены на скалярный режим управления.При скалярном управлении достаточно указать только частоту, напряжение и ток. С другой стороны, остальные данные, необходимые для векторного управления, относятся к конкретному двигателю и должны вводиться при первом его использовании.

Векторные инверторы далее подразделяются на без датчиков и с обратной связью . Отличие заключается в способе определения частоты вращения ротора двигателя. Для бессенсорных инверторов скорость вращения рассчитывается на основе математической модели двигателя.В случае инверторов с обратной связью фактическое значение скорости измеряется инкрементным энкодером, установленным на валу двигателя.

Вообще говоря, преобразователи частоты со скалярным управлением чаще всего используются в приводах с переменным крутящим моментом, в основном по экономическим причинам. Они снижают затраты, в том числе на энергию. Сама стоимость производства скалярных инверторов дешевле по сравнению с векторными инверторами. Например, с учетом пуска двигателя скалярные инверторы подстраиваются под нагрузку, обеспечивая минимальное количество энергии, необходимое для ее выполнения, тем самым снижая потери энергии.

Одно из различий в управлении между скалярными инверторами и векторным является нет может управлять несколькими двигателями одновременно при использовании векторного инвертора, в то время как это возможно со скалярным инвертором. Стоит отметить, что управляя большим количеством двигателей, скалярный инвертор будет управлять не током от каждого двигателя в отдельности, а только их суммарным током.Для защиты отдельных двигателей от короткого замыкания или перегрузки используются переключатели и двигателей e (тепловые) . Термики имеют два элемента защиты: термопредохранитель и электромагнитный предохранитель . Первый расцепитель служит для защиты обмотки двигателя от перегрузки, а второй, электромагнитный, защищает от короткого замыкания. Кроме того, оба триггера дополнительно чувствительны к повышенной температуре и обрыв фазы.В случае возникновения в двигателе одного из вышеперечисленных нарушений, термик отключит его питание.

Кроме того, при управлении скалярным инвертором заданным значением является фиксированная частота , а скорость вращения ротора уменьшается за счет его скольжения по отношению к генерируемой частоте вращения магнитного поля в статоре (синхронная скорость). Однако поведение самого двигателя не контролируется. Для векторных инверторов заданным значением является скорость вращения ротора , которая постоянно стабилизируется.

Применение инверторов в электродвигателях -

Асинхронные (асинхронные) двигатели применяются для преобразования электрической энергии в механическую. Одной из их особенностей является то, что они намного дешевле , проще по конструкции и надежнее по сравнению с другими двигателями. Они состоят из двух основных частей: неподвижного статора и подвижного ротора. В отличие от синхронных двигателей, ротор асинхронного двигателя не питается от дополнительного источника питания.Напряжение переменного тока, подключенное к обмотке статора, создает переменное магнитное поле, заставляющее ротор вращаться вокруг своей оси. Следует добавить, что ротор вращается со скольжением, т.е. с запаздыванием по отношению к магнитному полю, создаваемому обмоткой статора. Скольжение асинхронного ротора увеличивается с нагрузкой и составляет примерно 2 - 4 %.

Проблема в асинхронных двигателях запуск и отсутствие контроля скорости .Пусковой ток в 4-8 раз превышает номинальный рабочий ток двигателя. Запуск электродвигателей очень быстрый и требует больших затрат энергии и может вызвать отказы, такие как перегрев . Во избежание выхода из строя из-за перегрева во время пуска используются методов снижения напряжения . Например, трехфазные двигатели используют запуск звездой - треугольник . Что это за запуск? Вообще говоря, это метод переключения обмоток двигателя, используемый потому, что пусковой ток необходимо уменьшить для более крупных двигателей. При пуске обмотки трехфазного двигателя соединяются в звезду, такая система обозначается символом Y. Затем обмотки подготавливают к более высокому напряжению. После запуска обмотки переключаются треугольником (символ ∆) для правильного напряжения питания. В результате двигатель при пуске питается от более низкого напряжения, что ограничивает пусковой ток.Стоит отметить, что при таком пуске двигатель нельзя нагружать, т.к. ограничение пускового тока двигателя снижает и его пусковой момент. Кроме того, двигатель должен быть рассчитан на работу в треугольнике. В этом случае на его паспортной табличке должно быть указано 400 В / 690 В (Δ / A) или 400 В (Δ). Если двигатель должен питаться линейным напряжением 400 В, его обмотки должны быть адаптированы к 690/400 В.

Рис.2 Соединения для трехфазных систем

Пуск по схеме звезда-треугольник в основном используется в более мощных двигателях или как дополнительный альтернативный метод пуска в случае отказа основного пуска, например, на основе инвертора. В двигателях мощностью до 4–5 кВт можно использовать прямой пуск.

Устройство плавного пуска

Если нет необходимости регулировать скорость вращения двигателя, т.н. Устройство плавного пуска . Устройство плавного пуска представляет собой своего рода урезанный инвертор, который в основном ограничивается управлением пусковым током и возможной остановкой двигателя.Он используется во многих промышленных приложениях, особенно в приводах, требующих плавного изменения крутящего момента. С помощью устройств плавного пуска можно, среди прочего, установить продолжительность пуска, что особенно важно в приложениях с высокой инерцией, и контролировать потерю фазы. Кроме того, к некоторым устройствам плавного пуска также можно подключить датчик температуры двигателя.

Инверторы позволяют увеличивать или уменьшать частоту напряжения , тем самым изменяя скорость вращения и регулируя пуск.Однако при изменении частоты необходимо соблюдать пропорциональность напряжению, т.е. напряжение должно уменьшаться или увеличиваться пропорционально частоте. Для этого инверторы дополнительно оснащены широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). В асинхронных двигателях скорость вращения ротора на 2–4 % ниже синхронной скорости (скорости вращения магнитного поля) двигателя. Это означает, что в Польше и по всей Европе для частоты электросети 50 Гц синхронная скорость составляет 3000 об/мин, что дает частоту вращения ротора асинхронного двигателя в диапазоне 2800-2900 об/мин.

Передача постоянного тока на большие расстояния

Большинство современных электросетей работают на переменном токе. Это связано с простотой получения такого тока с помощью синхронных генераторов, конструкция и себестоимость которых значительно дешевле машин постоянного тока. Напряжение в системах переменного тока можно легко преобразовать с помощью трансформатора, что снижает потери, вызванные передачей тока на большие расстояния.Для уменьшения потерь, связанных с передачей тока, следует уменьшить ток и повысить его напряжение , которое затем следует понизить до значений, безопасных для конечного пользователя . Отсюда, в зависимости от назначения, различают сети высокого, среднего и низкого напряжения.

Длина линий электропередачи AC однако ограничена и зависит от типа линии (воздушная, кабельная) и ее нагрузки.Явление зарядки линии , которое происходит особенно в длинных и малонагруженных линиях, приводит к потреблению реактивной мощности и, таким образом, вызывает потери энергии.

Это явление не применяется к линии высокого напряжения CIA PR DC HVDC ( H IGH- V OLTAGE D IRECT C URRENT), потому что этот тип линии нагружен нагрузкой C ), потому что этот тип линии нагружен. только при включении питания или изменении напряжения.В результате минимизируются потери при передаче и, следовательно, становится выгоднее передавать DC на большие расстояния. В линиях постоянного тока перед передачей ток выпрямляется выпрямителем, а на стороне получателя находится инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный.

Применение инвертора - поставщик чистой, экологически чистой электроэнергии

В дополнение к питанию трамваев или зарядных устройств постоянный ток необходим для работы практически каждой электронной схемы. Аккумуляторы , ископаемое топливо , а также популярные в последнее время солнечные батареи или ветряные турбины - будучи чистым и возобновляемым источником электроэнергии - производят только постоянного тока. Инвертор необходим для подачи генерируемого постоянного тока в бытовые розетки. Для большинства ветряных электростанций и всех без исключения фотоэлектрических систем инвертор является интерфейсом к сети, это центральный m элемент em в фотоэлектрических системах.Он отвечает не только за наиболее полное преобразование постоянного тока в переменный, но и обеспечивает работу солнечной батареи в оптимальной рабочей точке, следит за сетью и эффективностью фотоэлектрической системы. Производство солнечной энергии стало самым важным рынком для инверторов в последние годы. Поэтому инверторы имеют большое практическое значение в качестве соединения между двумя энергосистемами постоянного и переменного тока.

В следующих статьях мы описали:

Инверторный кабель - какой кабель выбрать?

Энкодер - принцип работы, типы, конструкция

Типы проводов и кабелей в автоматике

Алюминиевые или медные жилы?

Защитный проводник - что это такое и для чего он нужен?

Изоляция электрических проводов

.

Принцип работы ветродвигателя - Vademecum для студентов техникума

Ветряные турбины с двигателем с горизонтальной осью ротора — HAWT

1 Принцип действия

2 Кривая мощности ветряной турбины

3 Кривая эффективности ветряной турбины

4 Методы регулирования мощности ветряных турбин

5 Генераторы ветряных турбин

Ветряные турбины с горизонтальной осью вращения относятся к классическим ветряным турбинам.Чаще всего этот тип силовой установки используется в коммерческой энергетике. Они состоят из несущего винта с разным количеством лопастей, закрепленного на основном валу, установленном горизонтально в конструкции гондолы.

1 Принцип действия

Ротор на валу приводит в движение электрогенератор. Ротор обычно вращается со скоростью 15-20 об/мин, тогда как типичный асинхронный генератор вырабатывает электроэнергию со скоростью более 1500 об/мин. Поэтому необходимо использовать редуктор, в котором скорость увеличена.Наиболее распространены трехлопастные роторы, изготовленные из стекловолокна, армированного полиэстером. Во втулке ротора имеется сервомеханизм, позволяющий устанавливать угол наклона лопастей (шаг). Гондола должна иметь возможность вращаться на 360 градусов, чтобы ее всегда можно было расположить против ветра. Поэтому наверху башни установлен мотор, который может вращать ее через шестерню. В электростанциях малой мощности, где вес гондолы относительно невелик, ее позиционирование против ветра обеспечивается интегрированным с гондолой рулем направления.Работа механизма установки лопастей и механизма направления электростанции управляется микропроцессорной системой на основе входных данных (например, скорости и направления ветра). Кроме того, в состав гондолы входят: трансформатор, подшипники, системы смазки и тормоз, останавливающий ротор в аварийных ситуациях.

Рис. 4 Строительство ветропарка.

Ниже я представляю строительство одного из самых популярных сооружений, тренажерного зала Vestas.

Рис. 5 Ветропарк Vestas V80 (2 МВт) 1) контроллер ступицы 2) цилиндр системы управления лопастями 3) главный мост 4) маслорадиатор 5) коробка передач 6) контроллер VIP с преобразователем 7) стояночный тормоз 8) сервисный кран 9) трансформатор 10) втулка несущего винта 11) подшипник лопасти 12) лопасть 13) система блокировки несущего винта 14) гидравлическая система 15) гидравлический тормозной диск несущего винта 16) кольцо рыскания 17) рама 18) шестерни рыскания 19) генератор 20) охладитель генератора.

Турбина, следующая за генератором, является самым важным элементом ветряной электростанции. Через него,

, механическая энергия получается из потока воздуха. Его конструктивные параметры определяют свойства всего машинного отделения, в частности его мощность и скорость вращения. Размеры устройства зависят от конструкции ветродвигателя. На основании решения этой задачи выбираются дальнейшие элементы всего устройства, такие как генератор, редуктор, высота мачты или несущей конструкции.

Рис. (слева) Типы ветроустановок с горизонтальной осью вращения. (внизу) попутный ротор.

Традиционный ротор, в зависимости от его расположения по отношению к ветру, перед или позади башни, можно разделить на: подветренный (подветренный) и против ветра (установленный против ветра). По ветру не очень популярное решение, потому следует учитывать потери, вызванные частичным (хотя и временным) затенением несущего винта из-за конструкции мачты.

Общий принцип действия ветродвигателя с горизонтально расположенным ротором

Воздушный поток, обтекающий ротор, заставляет ротор вращаться за счет соответствующей установки лопастей. Энергия вращающегося ротора может использоваться непосредственно для привода механических устройств (например, насосов) или путем подключения к генератору для выработки электроэнергии. Направленный руль позволяет удерживать весь ротор в правильном положении по отношению к ветру, увеличивая использование энергии ветра.

Рис. Принцип работы силовой установки с ротором с горизонтальной осью

Количество энергии, производимой ветряной турбиной, зависит от нескольких факторов, в том числе

на скорость ветра и эффективность всей системы. На рис. 3.8 показано формирование

.

подъем на лопасти несущего винта. Правильно профилированные лезвия гарантируют высокую

КПД ветрогенератора

. В современных ветряных электростанциях используются технологии, известные из авиационной промышленности.Форма и поперечное сечение несущего винта аналогичны крылу самолета и подвержены тем же физическим явлениям.

Разработка лифта

Воздух, обтекающий верхнюю часть крыла, проходит более длинный путь, поэтому он движется быстрее, поэтому давление ниже, чем в нижней части крыла.

Рис. Аэродинамика крыла, слева - развитие подъемной силы, справа - явление сваливания на слишком большом угле атаки.

На рисунке выше показано поперечное сечение профиля крыла самолета.Его специфическая форма приводит к тому, что воздух, скользящий по верхней поверхности, движется быстрее, чем по нижней поверхности. Это означает, что давление на верхней поверхности будет меньше, чем на нижней. Это создает подъемную силу, которая, действуя на крыло, удерживает самолет в воздухе. Он перпендикулярен направлению ветра.

Та же самая сила, которая удерживает самолет в воздухе, заставляет ротор ветряной турбины вращаться на ветру.

Величина подъемной силы зависит от площади крыла, плотности и скорости воздуха, а также формы крыла.

где:

Fz - подъемная сила

А - площадь крыла несущего винта

ρ - плотность воздуха

Cz - коэффициент формы листа

В - скорость ветра

Коэффициент формы можно определить по формуле:

где:

м - коэффициент зависит от формы профиля, для профиля створки примерно 3,0

α - передний угол

α 90 107 0 - передний угол, для которого подъемная сила равна 0

Угол атаки, при котором подъемная сила падает до 0, возникает при так называемом"Ларек". Сваливание — это явление, при котором воздушные потоки отрываются от крыла, что приводит к потере подъемной силы. На практике значение коэффициента Cz для рабочих лопаток колеблется от 1,3 до 1,7.

2 Кривая мощности ветряной турбины

Количество электроэнергии, вырабатываемой ветряной турбиной, зависит главным образом от скорости ветра, которая в формуле подъемной силы является квадратной. Мощность ветряка в зависимости от скорости ветра представлена ​​так называемым«Кривая мощности». Характерные точки для этой кривой:

Рис. Кривая мощности

- Срез на - это скорость ветра, с которой начинают вращаться гребные винты и на валу турбины появляется механический момент. В зависимости от конструкции турбины начальная точка имеет значение от 3 м/с до 5 м/с

- Точка отсечки — это скорость, при которой турбина останавливается из-за механических повреждений конструкции.Точка отключения находится между 23 и 27 м/с

- Точка номинальной скорости — это скорость ветра, при которой турбина достигает своей номинальной мощности. Обычно это скорость от 11 до 16 м/с

3 Кривая эффективности ветровой турбины

Описывается как функция коэффициента использования энергии ветра (Cp или ξ, в зависимости от литературы) и коэффициента скорости (λ). Коэффициент использования энергии ветра – это отношение энергии, получаемой от ротора, к энергии ветра, достигающей ротора.Согласно закону Беца, максимальная мощность восстанавливается турбиной, которая замедляет скорость ветра в три раза (V2/V1 = 1/3), где V2 и V1 — скорости ветра позади и перед турбиной. Для идеальных условий коэффициент использования энергии достигает значения 0,5926. На практике он обычно не превышает 0,45 для трехлопастных турбин. Переменная скорости – это отношение скорости вращения ротора (самая дальняя его часть аэродинамического профиля) к скорости ветра:

где:

ω - угловая скорость ротора (рад/с)

R- радиус несущего винта (длина аэродинамического профиля) [м]

V- скорость ветра [м/с]

Ниже я привожу кривые для выбранных типов ветряных турбин.

Рис. Графики коэффициента использования энергии ветра для выбранных турбин (мат. ПАК т. 58, № 11/2012). Как легко понять из диаграммы, максимальный КПД трехлопастной турбины составляет около 7. По скоростному коэффициенту попробуем рассчитать, какой должна быть оптимальная скорость вращения для турбины с диаметром ротора 100 м. . Примем скорость ветра для номинальной мощности 16 м/с.

Поскольку полный оборот составляет 2π радиан, число оборотов в минуту в конечном итоге будет равно .

Расчеты также показывают, что чем больше диаметр ротора, тем меньше должна быть скорость его вращения. Кривая эффективности ветряной турбины никогда не следует кривой мощности. Как это ни парадоксально, наибольший КПД турбины достигается при малых скоростях ветра. На высоких скоростях КПД резко падает, что сказывается на конечной мощности турбины (рис.).

Рис. Кривая мощности и кривая КПД ветроустановки Enercon E-53 номинальной мощностью 800 кВт.

4 Методы регулирования мощности ветряных турбин

Ветряные электростанции предназначены для максимально дешевого производства электроэнергии. Как правило, они рассчитаны на максимальную мощность при скорости ветра 15 м/с. Производить электростанции, которые будут достигать максимальной мощности при более сильном ветре, невыгодно, так как они встречаются крайне редко. Парадоксально, но более высокие скорости ветра невыгодны для обычной электростанции. Затем необходимо рассеять избыточную энергию ветра, чтобы защитить ее от повреждений.Поэтому каждая ветряная турбина должна иметь какой-либо тип управления мощностью.

Регулируемый шаг . В «шаговых» электростанциях электронный контроллер турбины проверяет выходную мощность несколько раз в секунду. Когда он становится слишком высоким, он посылает сигнал механизму установки угла лопасти, который немедленно корректирует угол лопасти, чтобы уменьшить крутящий момент привода крыльчатки. Когда ветер стихает, происходит прямо противоположное. Поэтому лопасти несущего винта должны иметь возможность вращаться вокруг своей оси (регулируя угол атаки).Для управления тангажем требуются чрезвычайно передовые технологии, чтобы убедиться, что угол наклона лопастей точно соответствует ветровым условиям. Компьютер будет регулировать лопасти на несколько градусов каждый раз при изменении скорости ветра, чтобы поддерживать постоянную выходную мощность. Механизм регулировки переднего угла обычно осуществляется с помощью гидроприводов, расположенных во втулке ротора.

Пассивное управление опрокидыванием .При пассивной регулировке срыва лопасти крепятся к ступице под постоянным углом. Геометрия профиля лопасти настолько аэродинамически совершенна, что при слишком сильном ветре на частях лопасти возникает турбулентность, которая ограничивает крутящий момент привода несущего винта. Лепестки сконструированы таким образом, что состояние остановки прогрессирует от оси вращения лепестка. Чем выше скорость ветра, тем большая часть аэродинамического профиля находится в сваливающемся состоянии. Присмотревшись ближе к лопасти несущего винта, адаптированной к такому типу регулирования, можно увидеть, что она характерно закручена.Это делается в том числе для того, чтобы крыльчатка глохла постепенно и не реагировала бурно на более сильные порывы. Наиболее очевидным преимуществом «срывного» регулирования является отсутствие сложного механизма регулировки угла наклона лопастей и всей связанной с ним системы управления. С другой стороны, этот тип регулировки связан с конструкцией чрезвычайно сложного аэродинамически аэродинамического профиля. Конструкция всей силовой установки, которая должна выдерживать вибрации, связанные с турбулентностью, также является большой проблемой.Около двух третей турбин в мире имеют такие правила.

Активный останов управляемый . Технически это похоже на управление шагом, поскольку оно также использует управление шагом лопасти. Отличия видны при перегрузке генератора, тогда механизм двигает лопасти в противоположном направлении, чем при управлении по шагу. Другими словами, угол атаки лопасти увеличивается, чтобы привести ее в состояние все более глубокого срыва, тем самым теряя избыточную энергию ветра, которая может повредить турбину.Преимуществом активного «срывного» управления является возможность большей точности регулирования выходной мощности, чем при пассивном управлении, что позволяет избежать превышения номинальной мощности генератора при резких порывах ветра. Еще одним преимуществом является возможность работы с мощностью, очень близкой к номинальной, при больших скоростях ветра. При пассивном контроле выработка энергии уменьшается, поскольку лопасти начинают все больше и больше глохнуть.

Управление задним ходом (управление рысканьем) .Эта регулировка заключается во вращении гондолы и, следовательно, оси вращения ротора силовой установки по отношению к направлению набегающего ветра. Он может быть реализован в активной или пассивной форме. Пассивное направление обеспечивается размещением направляющего штифта на гондоле. Это приводит к размещению ротора по направлению ветра. Это решение используется только в небольших устройствах, работающих на мелких клиентов. Активное управление направлением требуется в крупных установках мощностью от нескольких десятков киловатт до нескольких мегаватт.В верхней части башни имеется зубчатый венец, который соединен с шестерней, установленной на валу направленного двигателя. Вращающийся двигатель задает турбине правильное направление. Поскольку мощность зависит от площади поверхности ротора, удаление электростанции от основного направления ветра уменьшает полезную площадь поверхности ротора и снижает выходную мощность.

При остановке силовой установки управление направлением движения также отключается. Механизм регулировки управляется электронным контроллером, который несколько раз в секунду проверяет показания флюгера и при необходимости корректирует установку направления.

Управление нагрузкой . Этот метод заключается в изменении сопротивления, являющегося нагрузкой генератора. Таким образом, рабочая точка машинного отделения «смещается» с одной механической характеристики на другую, более благоприятную для текущих условий (скорости и направления ветра). Изменение сопротивления должно быть плавным, слишком резкое увеличение момента нагрузки может повредить турбину, вал, подшипники и т. д.

Управление элеронами лопасти несущего винта (Aileron Control) .Это редкий тип регулирования, который использовался в начале развития ветроэнергетики. Он заключается в изменении аэродинамических характеристик лопастей путем корректировки настройки так называемого элероны. Однако такое регулирование обычно используется в авиации при взлете и посадке самолета.

Регулировка путем изменения скольжения генератора . Некоторые генераторы имеют возможность регулировать скорость вращения путем изменения скольжения. Возможность регулирования скорости вращения турбины таким образом особенно полезна в силовых установках с регулированием мощности за счет изменения угла атаки лопастей.На крупных датских электростанциях (600 кВт и более) используется следующая стратегия: когда генератор вырабатывает мощность, близкую к номинальной, скольжение устанавливается на половину его максимального значения. При усилении ветра электронный контроллер посылает сигнал на увеличение скольжения, что позволит ротору немного разогнаться, давая время отрегулировать угол атаки лопастей, после чего скольжение снова уменьшится. Когда ветер ослабевает, происходит обратное. Преимуществом этой стратегии является лучшее качество энергии, которую мы получаем.Колебания выходной мощности несколько гасятся высвобождением или накоплением энергии в виде энергии вращения ротора.

5 Генераторы для ветряных турбин

В ветряных электростанциях есть четыре типа генераторов:

-

Генераторы асинхронные с короткозамкнутым ротором

- Генераторы асинхронные с регулируемым числом пар полюсов статора

- Генераторы асинхронные двухпоточные с ротором

фазной обмотки

- Синхронные генераторы с прямым приводом

Синхронные генераторы (безредукторные)

Ветряная электростанция, оснащенная синхронным генератором, является популярной системой производства энергии ветра.В этом случае генератор подключается к энергосистеме не напрямую, а опосредованно через силовой электронный преобразователь. В механической системе не используются шестерни - т.е. ротор генератора напрямую связан с ротором турбины. Отсутствие редуктора и относительно низкая скорость вращения ветроколеса, максимум до 40 об/мин, обусловливают необходимость применения генераторов специальных конструкций с очень большим числом полюсов, до 40 и более.Поскольку скорость ветроколеса изменяется в широких пределах, меняется и частота напряжения на шинах генератора. Эта частота даже при максимальной скорости ветроколеса не достигает значения 50Гц, что из-за связи генератора с энергосистемой через преобразователь электроэнергии не имеет значения

смысл с точки зрения этой системы.

Рис. Строительство ветропарка GE с синхронным генератором.Генератор построен из

6-метровые кольца с постоянными магнитами

, который вращается с низкой скоростью 8-20 об/мин. генерировать электроэнергию.

Синхронные генераторы не требуют шестерен и поэтому дешевле в эксплуатации (нет масла для охлаждения шестерен). Их недостатком является очень большой вес в несколько десятков тонн.

Рис. Схема работы турбины с синхронным генератором.

Генераторы асинхронные

Большинство ветропарков, установленных в энергосистемах, оснащены асинхронным генератором, синхронная частота вращения которого равна 750 и 1500 об/мин.Для того чтобы подогнать скорость вращения асинхронной машины к скорости ветроколеса, применяют механические передачи, обычно

больше, чем в 60 раз.

Довольно широкое применение асинхронных машин обусловлено простотой их

, управляемость и простота использования, а также низкие инвестиционные и эксплуатационные расходы. В ветровых электростанциях используются два типа асинхронных машин:

- сепараторы, работающие с постоянной скоростью вращения

- кольцевая, с возможностью работы с разными скоростями отжима, благодаря применению силовых преобразователей, управляющих током ротора.Асинхронные генераторы чаще всего строятся как машины с переключаемым числом пар полюсов. Известны также конструкции, содержащие два независимых генератора в одном

.

корпус. В обоих случаях принцип действия заключается в том, что при слабом ветре генератор работает с синхронной скоростью 750 об/мин, а при более сильном ветре генератор с синхронной скоростью 1500 об/мин. Асинхронные генераторы, применяемые в настоящее время в ветропарках, даже мощностью порядка МВт, представляют собой низковольтные машины с номинальным напряжением 690 В.Эти генераторы обычно подключаются к сетям среднего напряжения и поэтому стандартно оснащаются блочными трансформаторами, размещенными в контейнере на башне или в самой гондоле для агрегатов с более высокой номинальной мощностью.

Рис. Схемы работы турбин с асинхронными генераторами.

Асинхронный кольцевой генератор DFIG

Новейший тип ветроэлектростанции представляет собой электростанцию ​​с асинхронным генератором двойного питания с энергоэлектронным преобразователем, включенным в цепь ротора.Преобразователь позволяет передавать энергию в обоих направлениях, то есть к ротору машины и от него, что позволяет генератору работать выше и ниже синхронной скорости. При работе машины на скорости больше синхронной мощность от ротора поступает в сеть, а при работе машины на скорости ниже

синхронный, мощность поступает от статора к ротору (сети). Управляя током ротора (амплитудой и фазой), можно в значительной степени влиять на скольжение машины, а также на реактивную и активную мощность, вносимую ветровой электростанцией в энергосистему.Возможности регулирования, возможность изменения частоты вращения ротора генератора в широком диапазоне, позволяющая повысить выработку электроэнергии и качество энергии, подаваемой в сеть, по отношению к другим системам, означают, что указанная система в настоящее время вводится в эксплуатацию. . Оптимизация выходной мощности основана на быстрой адаптации к различным скоростям ветра, благодаря чему энергия, содержащаяся в ветре и

порыва ветра получаются более эффективно. Если бы использовалась только система управления углом тангажа, энергия взрыва была бы потеряна.В то же время быстродействующий регулятор преобразователя мощности генератора позволяет системе угла наклона лопастей работать медленнее, благодаря чему снижаются возможные механические напряжения, в том числе нагрузки на лопасти и вал ротора. С другой стороны, при уменьшении скорости ветра используется энергия, запасенная в виде кинетической энергии вращения ротора электростанции (сглаживание колебаний подаваемой в сеть мощности).

Рис. Генератор DFIG

Дополнительные преимущества:

- реактивная мощность может регулироваться без конденсаторной батареи,

- низкий уровень шума,

- уменьшение износа шестерен, лопастей и револьверной головки,

- улучшение качества электроэнергии, вводимой в энергосистему,

- активное подавление колебаний мощности и напряжения, в том числе гармоник тока и напряжения.

.

Смотрите также