Home » Misc » Синхронный генератор это

Синхронный генератор это


Что представляет собой синхронный генератор

Задача генератора – преобразование механической вырабатываемой энергии в электрическую. Работа его двигателя основана на следующем принципе: топливо впрыскивается в цилиндр двигателя и, сгорая, трансформируется в газообразную смесь, которая расширяется и выталкивает поршень. Тот, в свою очередь, заставляет двигаться коленчатый вал, а он уже вращает ведущий. Чем больше поршней, тем быстрее скорость вращения вала. На этой стадии и происходит выработка механической энергии, преобразовываемой в электричество по закону Фарадея.

Устройство генератора

В основу любого генератора заложены два элемента:

  • статор – неподвижная деталь, состоящая из медных обмоток, уложенных в пазы вокруг сердечника, представляющего собой комплект пластин из мягкой стали. В однофазном генераторе – одна обмотка, в трехфазном − три;
  • ротор – вращающаяся часть, включает механизм образования магнитного поля. В бытовых генераторах обычно применяется двухполюсный ротор. Обмотка соединяется с питающим ее блоком управления (AVR) посредством двух щеточных узлов. Ротор в совокупности с обмоткой составляют индуктор.

В синхронном агрегате частота вращения, которую создает статор магнитного поля, совпадает с частотой роторного вращения.

Принцип работы

Синхронный генератор функционирует следующим образом: магнитное поле при вращении ротора пересекает статорные обмотки, чем возбуждает в них переменное напряжение. Когда подключается нагрузка в виде потребителей, в цепи появляется переменный ток. От скорости, с которой вращается ротор, непосредственно зависит напряжение, частота тока.

Электронагрузка на синхронный агрегат прямо пропорциональна нагрузке на вал двигателя, что способно повлечь изменение частоты вращения ротора, показателя напряжения. Избежать колебаний помогает блок управления, который в автоматическом режиме регулирует ток в обмотке ротора путем влияния на магнитное поле. В асинхронном генераторе электрическая связь с ротором отсутствует, поэтому параметры напряжения и тока искусственно не регулируются.

Преимущества синхронного генератора

Основным преимуществом является стабильность выходного напряжения. У асинхронных аппаратов данный показатель может существенно колебаться.

Синхронный генератор не боится повышенной нагрузки, создаваемой при подключении его во время работы энергоемкого потребителя (нагрузка переходного режима), поскольку сам является источником реактивной мощности. Асинхронные генераторы для этого снабжаются пусковыми конденсаторами.

Синхронный генератор не слишком восприимчив к перегрузкам в процессе работы благодаря системе авторегулирования.

Щеточные и бесщеточные

Щетки представляют собой скользящие контакты − токосъемы, которые прижаты к коллектору. От их качества напрямую зависит вырабатываемое напряжение. Длительная работа при больших перегрузках приводит к «выгоранию» щеток. После замены необходим небольшой период «обкатки», прежде чем подавать полную нагрузку на генератор. Наиболее долговечны и устойчивы к перегрузкам медно-графитовые щетки.

Синхронный генератор может быть бесщеточным при условии, что ток в роторе создается магнитным полем, исходящим от основной, а также от дополнительной статорной обмотки (либо только от дополнительной). То есть схема альтернатора более сложная, чем у щеточных. Преимуществом является отсутствие необходимости замены угольных компонентов (в некоторых моделях – каждые 100 часов работы), а также нет пыли от их износа, которая часто является причиной электрических пробоев.

Выбор в пользу синхронного генератора следует делать, если потребители требовательны к качеству выходного тока. Например, такой тип подойдет для обеспечения резервной электроэнергией загородного дома, где установлены различные типы чувствительных приборов.


Устройство, принцип действия и конструкция синхронного генератора, режимы работы

Каталог

Бренды

Главная » Помощь покупателю » Устройство и принцип работы синхронного генератора

1 марта 2019

Содержание

  • Элементы конструкции синхронных генераторов
  • Вычисление скорости вращения
  • Принцип действия синхронного генератора
  • Области применения

Синхронный генератор (СГ) – энергетическое оборудование, предназначенное для преобразования механической энергии в электрическую. Имеет надежную конструкцию и достаточно простой принцип работы. СГ востребованы на предприятиях энергетической индустрии, в транспортных системах, нефтегазовой и других промышленных отраслях.

Элементы конструкции синхронных генераторов

В состав СГ входят:

  • Обмотка возбуждения (ОВ) статора. Для ее питания применяется источник постоянного электротока, его функции реализует электронный регулятор напряжения. Этот элемент применяется в СГ с самовозбуждением. Первичное возбуждение происходит благодаря остаточному магнетизму магнитопровода генератора. Переменный ток, который понижающий трансформатор и выпрямитель преобразуют в постоянный, поставляет обмотка статора.
  • Обмотка ротора. Обмотка, в которой инициируется электродвижущая сила, называется обмоткой возбуждения якоря.
  • Схема вращающихся диодов («диодный мост») – обеспечивает выпрямление переменного напряжения, которое генерирует обмотка якоря возбудителя.
  • Статор – неподвижный узел. В его составе имеется корпус, внутри которого предусмотрен сердечник или пакет, состоящий из листов электротехнической стали особой конфигурации. Качество генерируемой электроэнергии во многом зависит от того, какие листы используются в пакете – цельные или сборные, от их качества и материала, из которого изготовлена обмотка. В дорогих моделях обмотка изготавливается из медного эмаль-провода, в более дешевых ее функции выполняет алюминиевый провод.
  • Ротор – вращающаяся часть генератора. Может быть явнополюсным и неявнополюсным. Роторы первого типа используются в СГ, совмещенных с низкочастотными ДВС, частота вращения которых составляет до 3000 об/мин. В высокомощных и высокочастотных агрегатах применяют неявнополюсные роторы. Их часто монтируют на валу совместно с паровыми турбинами. СГ с таким конструктивным исполнением называют турбогенераторами.

Силовые обмотки и обмотки возбуждения монтируют в специальные пазы, предусмотренные в конструкциях ротора и якоря. По виду выходного напряжения СГ разделяют на однофазные и трехфазные.

Синхронный генератор может функционировать в режиме генератора или мотора. Во втором варианте на входе СГ присутствует электроэнергия, а на выходе – механическая энергия. Функции электродвигателя синхронные генераторы выполняют в установках мощностью более 50 кВт. При использовании СГ в роли электродвигателя обмотка статора подсоединяется к электросети, а ротора – к источнику постоянного тока.

Вычисление скорости вращения

Количество оборотов ротора зависит от частоты тока. Такая зависимость выражена формулой:

n = 60хf/p, в которой

  • n – количество оборотов, об/мин;
  • f – частота электросети, равная 50 Гц;
  • p – число полюсных пар.

Принцип действия синхронного генератора

Агрегат в режиме электрогенератора работает следующим образом:

  • При прохождении через ОВ постоянного тока появляется магнитное поле с чередованием полюсов.
  • Магнитное поле вращается относительно обмотки якоря. При этом происходит возбуждение переменных ЭДС, которые при суммировании образуют ЭДС фаз.
  • Трехфазную схему образуют три одинаковые обмотки, которые размещаются на якоре под углом друг к другу, равным 120°.

Области применения

СГ в комплексе с бензиновым или дизельным ДВС востребованы в местах, в которых централизованного энергоснабжения нет или его мощности недостаточно, например:

  • на строительных площадках;
  • в местах ведения разведочных и добывающих работ;
  • на морских судах.

Если необходимо генерировать электропитание для высокомощных пользователей, несколько агрегатов включают на параллельное функционирование. Такой способ соединения позволяет выводить из работы отдельные СГ без остановки функционирования всей сети.

Синхронный генератор

в качестве ветрового генератора

Синхронный генератор

в качестве ветрового генератора мода на генератор автомобильного типа.

Разница на этот раз заключается в том, что синхронный генератор вырабатывает трехфазное напряжение переменного тока на выходе из своих обмоток статора, в отличие от генератора постоянного тока, который вырабатывает один выход постоянного или постоянного тока. Однофазные синхронные генераторы также доступны для систем синхронных генераторов маломощных бытовых ветряных турбин.

По сути, синхронный генератор представляет собой синхронную электромеханическую машину, используемую в качестве генератора, и состоит из магнитного поля на вращающемся роторе и неподвижного статора, содержащего несколько обмоток, которые обеспечивают генерируемую мощность. Система магнитного поля ротора (возбуждение) создается либо с помощью постоянных магнитов, установленных непосредственно на роторе, либо за счет электромагнитного возбуждения от внешнего постоянного тока, протекающего в обмотках возбуждения ротора.

Этот постоянный ток возбуждения передается на ротор синхронной машины через контактные кольца и угольные или графитовые щетки. В отличие от предыдущей конструкции генератора постоянного тока, синхронные генераторы не требуют сложной коммутации, что обеспечивает более простую конструкцию. Затем синхронный генератор работает аналогично автомобильному генератору переменного тока и состоит из двух следующих общих частей:

Основные компоненты синхронного генератора

  • Статор: — Статор несет три отдельных (3-фазных) якоря. обмотки физически и электрически смещены друг от друга на 120 градусов, создавая выходное напряжение переменного тока.
  • Ротор: — Ротор несет магнитное поле либо в виде постоянных магнитов, либо в виде намотанных катушек, подключенных к внешнему источнику питания постоянного тока через токосъемные кольца и угольные щетки.

Говоря о «синхронном генераторе», терминология, используемая для описания частей машины, является обратной терминологии для описания генератора постоянного тока. Обмотки возбуждения - это обмотки, создающие основное магнитное поле, которые являются обмотками ротора для синхронной машины, а обмотки якоря - это обмотки, в которых индуцируется основное напряжение, обычно называемые обмотками статора. Другими словами, для синхронной машины обмотки ротора являются обмотками возбуждения, а обмотки статора — обмотками якоря, как показано.

Конструкция синхронного генератора

В приведенном выше примере показана базовая конструкция синхронного генератора с явно выраженным двухполюсным ротором. Эта обмотка ротора подключена к напряжению питания постоянного тока, создающему ток возбуждения I f . Внешнее напряжение возбуждения постоянного тока, которое может достигать 250 вольт постоянного тока, создает электромагнитное поле вокруг катушки со статическими северным и южным полюсами.

Когда вал ротора генератора вращается лопастями турбины (первичный двигатель), полюса ротора также будут двигаться, создавая вращающееся магнитное поле, поскольку северный и южный полюса вращаются с той же угловой скоростью, что и лопасти турбины (при условии прямого водить машину). Когда ротор вращается, его магнитный поток пересекает отдельные катушки статора одну за другой, и по закону Фарадея в каждой катушке статора индуцируется ЭДС и, следовательно, ток.

Величина напряжения, индуцированного в обмотке статора, как показано выше, является функцией напряженности магнитного поля, которая определяется током возбуждения, скоростью вращения ротора и числом витков в обмотке статора. Поскольку синхронная машина имеет три обмотки статора, в обмотках статора создается трехфазное напряжение, соответствующее обмоткам А, В и С, которые электрически разнесены на 120 o друг от друга, как показано выше.

Эта трехфазная обмотка статора подключается непосредственно к нагрузке, и, поскольку эти катушки являются стационарными, им не нужно проходить через большие ненадежные контактные кольца, коллектор или угольные щетки. Кроме того, поскольку катушки, генерирующие основной ток, являются стационарными, упрощается намотка и изоляция обмоток, поскольку они не подвергаются вращательным и центробежным силам, что позволяет генерировать более высокие напряжения.

Синхронный генератор с постоянными магнитами

Как мы видели, синхронные машины с возбуждением возбуждения требуют возбуждения постоянным током в обмотке ротора. Это возбуждение осуществляется за счет использования щеток и контактных колец на валу генератора. Однако есть несколько недостатков, таких как необходимость регулярного обслуживания, очистки от угольной пыли и т. д. Альтернативным подходом является использование бесщеточного возбуждения, в котором вместо электромагнитов используются постоянные магниты.

Как следует из названия, в Синхронный генератор с постоянными магнитами (ГПМГ), поле возбуждения создается с помощью постоянных магнитов в роторе. Постоянные магниты могут быть установлены на поверхности ротора, встроены в поверхность или установлены внутри ротора. Воздушный зазор между статором и ротором уменьшен для обеспечения максимальной эффективности и сведения к минимуму количества необходимого редкоземельного магнитного материала. Постоянные магниты обычно используются в маломощных и недорогих синхронных генераторах.

Для низкоскоростных ветряных генераторов с прямым приводом генератор с постоянными магнитами является более конкурентоспособным, поскольку он может иметь большее число полюсов, составляющее 60 или более полюсов, по сравнению с обычным синхронным генератором с фазным ротором. Кроме того, реализация возбуждения с постоянными магнитами проще, надежнее, но не позволяет контролировать возбуждение или реактивную мощность. Одним из основных недостатков синхронных генераторов ветряных турбин с постоянными магнитами является то, что без контроля потока ротора они достигают максимальной эффективности только при одной заранее определенной скорости ветра.

Синхронная скорость генераторов

Частота выходного напряжения зависит от скорости вращения ротора, другими словами, от его «угловой скорости», а также от количества отдельных магнитных полюсов на роторе. В нашем простом примере выше синхронная машина имеет два полюса, один северный полюс и один южный полюс. Другими словами, машина имеет два отдельных полюса или одну пару полюсов (север-юг), также известную как пары полюсов.

Когда ротор делает один полный оборот, 360 o , генерируется один цикл ЭДС индукции, поэтому частота будет равна одному циклу на каждый полный оборот или 360 o . Если удвоить количество магнитных полюсов до четырех, (две пары полюсов), то на каждый оборот ротора будет генерироваться два цикла ЭДС индукции и так далее.

Поскольку один цикл ЭДС индукции создается одной парой полюсов, количество циклов ЭДС, возникающих за один оборот ротора, будет равно количеству пар полюсов P. Таким образом, если количество циклов на число оборотов задается как: P/2 относительно числа полюсов, а количество оборотов ротора N в секунду задается как: N/60, тогда частота ( ƒ ) ЭДС индукции будет определяться как:

В синхронном двигателе его угловая скорость определяется частотой напряжения питания, поэтому N обычно называют синхронной скоростью. Тогда для синхронного генератора с полюсом «P» скорость вращения первичного двигателя (лопастей турбины) для получения необходимой выходной частоты ЭДС индукции 50 Гц или 60 Гц будет:

При 50 Гц

Количество
отдельных полюсов 		2 4 8 12 24 36 48
Rotational Speed ​​
(rpm) 		3,000 1,500 750 500 250 167 125

At 60Hz

Количество
Индивидуальные полюсы 		2 4 8 12 24 36 48
Скорость ротации
(RPM)
Ротационная скорость
(RPM)
. 0072 1 800 900 600 300 200 150

, так как для данного синхронного генератора, разработанного с фиксированным количеством столбов. постоянной ЭДС индукции при требуемом значении, либо 50Гц, либо 60Гц для питания сетевых приборов. Другими словами, частота создаваемой ЭДС синхронизирована с механическим вращением ротора.

Тогда сверху видно, что для генерации 60 Гц с помощью 2-полюсной машины ротор должен вращаться со скоростью 3600 об/мин, или для генерации 50 Гц с помощью 4-полюсной машины ротор должен вращаться со скоростью 1500 об/мин. . Для синхронного генератора, который приводится в действие электродвигателем или парогенератором, эта синхронная скорость может быть легко достигнута, однако при использовании в качестве синхронного генератора ветровой турбины это может быть невозможно, поскольку скорость и мощность ветра постоянно меняется.

Синхронные генераторы (Электрические генераторы. ..

Из нашего предыдущего учебника по проектированию ветряных турбин мы знаем, что все ветряные турбины выигрывают от ротора, работающего с оптимальным передаточным отношением скорости вращения . Но чтобы получить TSR от 6 до 8, угловая скорость лопастей, как правило, очень низкая, около 100–500 об/мин, поэтому, глядя на наши таблицы выше, нам потребуется синхронный генератор с большим числом магнитных полюсов, например, 12 или выше.

Кроме того, потребуется какая-либо форма механического ограничителя скорости, такая как бесступенчатая трансмиссия или вариатор, чтобы поддерживать вращение лопастей ротора с постоянной максимальной скоростью для ветряной турбины с прямым приводом. Однако для синхронной машины чем больше у нее полюсов, тем крупнее, тяжелее и дороже становится машина, которая может быть приемлемой или неприемлемой.

Одним из решений является использование синхронной машины с небольшим числом полюсов, которая может вращаться с более высокой скоростью от 1500 до 3600 об/мин, приводимой в движение через редуктор. Низкая скорость вращения лопастей ротора ветряных турбин увеличивается с помощью редуктора, который позволяет скорости генератора оставаться более постоянной при изменении скорости вращения лопастей турбины, поскольку изменение на 10% при 1500 об/мин менее проблематично, чем изменение на 10% при 100 об/мин. Этот редуктор может согласовать скорость генератора с переменной скоростью вращения лопастей, что позволяет работать с переменной скоростью в более широком диапазоне.

Однако использование редуктора или системы шкивов требует регулярного технического обслуживания, увеличивает вес ветряной турбины, создает шум, увеличивает потери мощности и снижает эффективность системы, поскольку требуется дополнительная энергия для привода шестерен редуктора и внутренних компонентов.

Существует много преимуществ использования системы прямого привода без механической коробки передач, но отсутствие коробки передач означает более крупную синхронную машину с увеличением как размера, так и стоимости генератора, который должен работать на низких скоростях. Итак, как мы можем управлять синхронным генератором в системе низкоскоростных ветряных турбин, скорость вращения лопастей ротора которых определяется только мощностью ветра. Путем выпрямления сгенерированного 3-фазного питания в источник постоянного или постоянного тока.

Синхронные генераторные выпрямители

Диодные выпрямители представляют собой электронные устройства, используемые для преобразования переменного тока (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). Преобразовывая выходную мощность синхронного генератора в источник постоянного тока, генератор ветровой турбины может работать на других скоростях и частотах, отличных от его фиксированной синхронной скорости.

Позволяет преобразовывать переменную частоту и переменное выходное напряжение генератора в постоянное напряжение переменного уровня. Преобразовывая выход переменного тока в постоянный, генератор теперь можно использовать как часть ветряной системы для зарядки аккумуляторов или как часть ветроэнергетической системы с переменной скоростью. Затем синхронный генератор переменного тока преобразуется в генератор постоянного тока.

Схема простейшего выпрямителя использует схему диодного моста для преобразования переменного тока, генерируемого генератором, в флуктуирующий источник постоянного тока, амплитуда которого определяется скоростью вращения генератора. В этой схеме выпрямителя синхронного генератора, показанной ниже, 3-фазный выход генератора выпрямляется до постоянного тока с помощью 3-фазного выпрямителя.

Цепь генераторного выпрямителя

Принципиальная схема мостового трехфазного выпрямителя переменного тока в постоянный показана выше. В этой конфигурации ветряная турбина может управлять генератором на частоте, не зависящей от синхронной частоты, поскольку изменение скорости генератора изменяет частоту генератора. Следовательно, можно изменять скорость генератора в более широком диапазоне и работать с оптимальной скоростью для получения максимальной мощности в зависимости от фактической скорости ветра.

Обратите внимание, что выходное напряжение трехфазного мостового выпрямителя не является чистым постоянным током. Выходное напряжение имеет уровень постоянного тока вместе с большими колебаниями переменного тока. Эта форма сигнала обычно известна как «пульсирующий постоянный ток», который можно использовать для зарядки аккумуляторов, но нельзя использовать в качестве удовлетворительного источника постоянного тока. Чтобы удалить эти пульсации переменного тока, используется фильтр или схема сглаживания. Эти схемы сглаживания или схемы фильтра пульсаций используют комбинации катушек индуктивности и конденсаторов для получения плавного постоянного напряжения и тока.

При использовании в качестве части системы, подключенной к сети, синхронные машины могут быть подключены к сети только тогда, когда их частота, фазовый угол и выходное напряжение такие же, как у сети, другими словами, они вращаются синхронно. скорость, как мы видели выше. Но, преобразовывая их переменное выходное напряжение и частоту в постоянный источник постоянного тока, мы теперь можем преобразовать это постоянное напряжение в источник переменного тока с правильной частотой и амплитудой, соответствующей сети электросети, используя либо однофазную, либо трехфазную сеть. фазоинвертор.

Инвертор — это устройство, которое преобразует электричество постоянного тока (DC) в электричество переменного тока (AC), которое может подаваться непосредственно в электрическую сеть, поскольку подключенные к сети инверторы работают синхронно с коммунальной сетью и производят идентичную электроэнергию. к мощности коммунальной сети. Подключенные к сети синусоидальные инверторы для ветровых установок выбираются с диапазоном входного напряжения, соответствующим выпрямленному выходному напряжению турбины.

Преимущество непрямого подключения к сети состоит в том, что ветряная турбина может работать с переменной скоростью. Еще одним преимуществом выпрямления выходного сигнала генератора является то, что ветряные турбины с синхронными генераторами, которые используют электромагниты в своей конструкции ротора, могут использовать этот постоянный ток для питания обмоток катушек вокруг электромагнитов в роторе. Однако недостатком непрямого подключения к сети является стоимость, поскольку системе требуется инвертор и два выпрямителя, один для управления током статора, а другой для генерирования выходного тока, как показано ниже.

Схема синхронного генератора

Краткий обзор учебного пособия

Синхронный генератор с фазным ротором уже используется в качестве генератора ветровой турбины, но одним из основных недостатков синхронного генератора может быть его сложность и стоимость. Безредукторные генераторы с прямым приводом представляют собой очень медленно вращающиеся синхронные генераторы с большим количеством полюсов для достижения их синхронной скорости. Генераторы с меньшим количеством полюсов имеют более высокие скорости вращения, поэтому требуют коробки передач или трансмиссии, что увеличивает стоимость.

Синхронные генераторы производят электричество, основная выходная частота которого синхронизирована со скоростью вращения ротора. Сетевым генераторам требуется постоянная фиксированная скорость для синхронизации с частотой сети общего пользования, и необходимо возбуждать обмотку ротора от внешнего источника постоянного тока с помощью токосъемных колец и щеток.

Основным недостатком одной операции с фиксированной скоростью является то, что она почти никогда не улавливает энергию ветра с максимальной эффективностью. Энергия ветра теряется, когда скорость ветра выше или ниже определенного значения, выбранного в качестве синхронной скорости.

Ветряные турбины с регулируемой скоростью используют выпрямители и инверторы для преобразования переменного напряжения, выходной переменной частоты синхронного генератора в фиксированное напряжение, фиксированную выходную частоту 50 Гц или 60 Гц, требуемую коммунальной сетью. Это позволяет использовать синхронные генераторы с постоянными магнитами, снижая стоимость. Для низкоскоростных генераторов ветряных турбин с прямым приводом генератор с постоянными магнитами более конкурентоспособен, поскольку он может иметь большее число полюсов, составляющее 60 или более полюсов, по сравнению с обычным синхронным генератором с фазным ротором.

В следующем уроке о ветроэнергетике и генераторах ветряных турбин мы рассмотрим работу и конструкцию другого типа электрической машины, называемой индукционным генератором, также известной как «асинхронный генератор». Асинхронные генераторы также могут использоваться для выработки трехфазной электроэнергии переменного тока, подключенной к сети.

Чтобы узнать больше о «синхронных генераторах» или получить дополнительную информацию об энергии ветра о различных доступных системах генерации ветряных турбин, или изучить преимущества и недостатки использования синхронных генераторов как части системы ветряных турбин, подключенной к сети, щелкните здесь, чтобы Получите копию одной из лучших книг о синхронных генераторах и двигателях прямо сегодня на Amazon.

Уже в продаже

Синхронные генераторы (электрические генераторы...

уже в продаже)

Генерация энергии ветра: моделирование и управление

Принципы работы электрических машин: обязательное руководство...

Уже в продаже

Проектирование вращающихся электрических машин

Что такое синхронный генератор? | Что такое индукционный генератор?

Важная информация

1

Что такое синхронный генератор?

Асинхронный генератор представляет собой генератор переменного тока с такой же частотой вращения ротора, что и вращающееся магнитное поле статора. По структуре его можно разделить на два типа: вращающийся якорь и вращающееся магнитное поле.

Синхронные генераторы являются одними из наиболее часто используемых генераторов переменного тока. В современной энергетике он широко используется в гидроэнергетике, тепловой энергетике, атомной энергетике и дизельной энергетике.

Асинхронный генератор или генератор переменного тока представляет собой электрическую машину, которая преобразует механическую энергию первичного двигателя в электрическую энергию переменного тока с определенным напряжением и частотой. Синхронные двигатели всегда работают с постоянной скоростью, которая называется синхронной скоростью.

Также прочтите: Что такое напор насоса? | Как работает дренажный насос? | Типы водоотливных насосов с высоким напором | Преимущества дренажного насоса | Недостатки дренажного насоса

Как работает синхронный генератор?

Принцип работы синхронных генераторов подобен принципу работы генератора постоянного тока. Он использует закон электромагнитной индукции Фарадея. Этот закон гласит, что когда токи индуцируются внутри проводника в магнитном поле, между проводником и магнитным полем будут происходить относительные движения.

В синхронных генераторах магнитное поле постоянно, и проводники будут вращаться. Однако в практической конструкции проводники якоря неподвижны, а магниты возбуждения будут перемещаться между ними.

В синхронных генераторах ротор может быть механически закреплен под действием некоторого механического усилия по направлению к валу для вращения с синхронной скоростью, что приводит к отключению магнитного потока в проводнике неподвижного якоря статора.

Из-за этого резания прямого потока в проводниках якоря будет протекать ЭДС индукции и ток. По каждой обмотке ток будет протекать в течение первого полупериода, за которым следует второй полупериод с определенным временным интервалом 120°

Также прочтите: Что такое силовой трансформатор? | Теория силовых трансформаторов | Принцип работы силового трансформатора | Типы силовых трансформаторов

Принцип работы синхронного генератора:

Синхронные генераторы работают по принципу электромагнитной индукции Фарадея. Электромагнитная индукция утверждает, что электродвижущая сила индуцируется в катушке якоря, если она движется в однородном магнитном поле.

Если поле вращается, а проводник становится неподвижным, то также будет генерироваться ЭДС. Таким образом, относительное движение между проводником и полем индуцирует ЭДС в проводниках. Форма волны индуцированного напряжения всегда представляет собой синусоидальную кривую.

Производство синхронных генераторов Ротор и статор представляют собой вращающуюся и неподвижную части синхронного генератора. Они являются энергогенерирующими компонентами синхронных генераторов. Ротор имеет полюс возбуждения, а статор — проводник якоря. Относительные движения между ротором и статором вызывают напряжение между проводниками.

Также прочтите: что такое тепловое загрязнение? | Причины теплового загрязнения | Эффекты теплового загрязнения | Решения для теплового загрязнения

Что такое индукционный генератор?

Асинхронный генератор представляет собой генератор переменного тока, в котором используется вращающееся магнитное поле с воздушным зазором между статором и ротором для взаимодействия с наведенным током в обмотке ротора.

Они широко известны как асинхронные генераторы. Скорость немного выше синхронной скорости. Выходная мощность увеличивается или уменьшается в зависимости от скорости скольжения. Он может возбуждаться от сети электропитания или самовозбуждаться с помощью силового конденсатора.

Читайте также: Что такое поршневое кольцо? | Как выполняется установка поршневых колец? | Типы и функции поршневых колец

Как работает индукционный генератор?

В предыдущем разделе мы дали вам два простых определения того, что такое асинхронный и синхронный генераторы. Далее мы покажем вам, как эти два генератора работают по отдельности.

Асинхронный генератор вырабатывает электроэнергию, когда его ротор разгоняется до синхронной скорости. Для типичных четырехполюсных двигателей с двумя парами полюсов на статоре, работающем от электрической сети с частотой 60 Гц, синхронная скорость составляет 1800 оборотов в минуту.

Тот же четырехполюсный двигатель, работающий от сети с частотой 50 Гц, будет иметь синхронную скорость 1500 оборотов в минуту. Двигатель обычно немного замедляется до синхронной скорости; Как вы знаете, разница между синхронной и рабочей скоростью называется скольжением и обычно выражается в процентах от синхронной скорости.

Например, двигатель, работающий со скоростью 1450 об/мин с синхронной скоростью 1500 об/мин, работает со скольжением +3,3%. В нормальных двигателях вращение потоков статора происходит быстрее, чем вращение ротора.

Это приводит к тому, что потоки статора индуцируют токи ротора, которые создают поток ротора с противоположной магнитной полярностью статора. Таким образом, ротор тянется за потоком статора, при этом в роторе индуцируются токи с частотой скольжения. В генераторных операциях первичные двигатели, такие как турбина или двигатель любого типа, приводят в движение ротор со скоростью выше синхронной (отрицательное скольжение).

Поток статора по-прежнему индуцирует токи в роторах, но поскольку встречные потоки ротора теперь отсекают катушки статора, в катушках статора генерируется активный ток, и двигатель теперь работает как генератор, который подает питание на электрическая сеть.

Рассмотрим источники переменного тока, подключенные к клеммам статора асинхронной машины. Вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, тянет за собой ротор, и машина действует как двигатель. Теперь, если ротор ускоряется через первичный двигатель до синхронного движения, скольжение будет равно нулю, и, следовательно, чистый крутящий момент будет равен нулю.

Когда роторы работают на синхронной скорости, ток ротора становится равным нулю. Если роторы заставить вращаться со скоростью, превышающей синхронную скорость, скольжение становится отрицательным. Токи ротора генерируются в противоположных направлениях из-за того, что проводник ротора отсекает магнитное поле статора.

Этот генерируемый ток ротора создает вращающееся магнитное поле в роторе, которое воздействует на поле статора противоположным образом. Это вызывает напряжение статора, которое толкает ток, протекающий через обмотку статора, против приложенных напряжений.

Таким образом, машины теперь работают как асинхронные генераторы асинхронных генераторов. Асинхронный генератор не является самовозбуждающейся машиной. Следовательно, при работе в качестве генератора машина получает реактивную мощность от линии электропередачи переменного тока и отдает активную мощность обратно в линию. Реактивная мощность необходима для создания вращающегося магнитного поля. Активная мощность, подаваемая обратно в линию, пропорциональна смещению относительно синхронной.

Также прочтите: Что такое биомасса? | Различные методы преобразования биомассы | Метод преобразования биомассы

Асинхронный генератор с самовозбуждением:

Понятно, что асинхронной машине требуется реактивная мощность для возбуждения, работает ли она как генератор или двигатель. Когда асинхронные генераторы подключены к сети, они потребляют реактивную мощность из сети.

Но что, если мы хотим использовать асинхронный генератор для питания нагрузки без использования внешнего источника (например, сети)? Конденсаторная батарея может быть подключена к клеммам статора для обеспечения реактивной мощностью как машины, так и нагрузки.

Когда ротор вращается с достаточной скоростью, на клеммах статора возникает небольшое напряжение из-за остаточного магнетизма. Из-за этого небольшого генерируемого напряжения генерируется конденсаторный ток, который обеспечивает большую реактивную мощность для намагничивания.

Также прочтите: Что такое геотермальная энергия? | Альтернативные источники энергии | Какие основные методы используются для использования геотермальной энергии?

Индукционный генератор VS синхронный генератор:

Теперь, когда вы знаете, как работают асинхронные и синхронные генераторы, давайте более подробно рассмотрим разницу между двумя типами генераторов. Далее вы узнаете больше о трех наиболее важных различиях между этими двумя генераторами.

  • В синхронных генераторах формы генерируемого напряжения синхронизированы и напрямую соответствуют скорости вращения ротора. Выходная частота может быть задана как f = N * P / 120 Гц. где n — скорость вращения ротора в об/мин, а p — количество полюсов. В случае асинхронных генераторов частота выходного напряжения регулируется энергосистемой, к которой подключены асинхронные генераторы. Если асинхронные генераторы питают автономную нагрузку, выходная частота будет несколько ниже (на 2 или 3 %), рассчитанная по формуле f = N * P / 120.
  • Для переменного или синхронного генератора требуется отдельная система возбуждения постоянного тока, тогда как асинхронный генератор получает реактивную мощность от энергосистемы для возбуждения поля. Если асинхронные генераторы предназначены для питания автономных нагрузок, необходимо подключить батарею конденсаторов для подачи реактивной мощности.
  • Конструкция асинхронного генератора менее сложна, так как не требует щеток и контактных колец. Щетки в синхронном генераторе необходимы для подачи постоянного напряжения на ротор для возбуждения.

Также прочтите: Для чего используется солнечная энергия? | Чем хороша солнечная энергия? | Интересные факты о солнечной энергии

Экономическое сравнение между индукционными генераторами и синхронными генераторами:

Вот мы и подошли к последней части этих статей, где мы рассмотрим разницу между двумя генераторами с точки зрения экономической эффективности.

Инвестиционные затраты на электростанцию, оснащенную асинхронными генераторами, низкие из-за отсутствия системы возбуждения постоянного тока и синхронного оборудования. Кроме того, отсутствие коллекторных колец, щеток и обмоток возбуждения ротора снижает затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию.

Ротор асинхронного генератора имеет скрытый полюс и обмотку ротора, аналогичную асинхронным генераторам. Следовательно, общий КПД выше, чем у синхронных генераторов с той же мощностью и той же скоростью.

При тех же источниках воды асинхронные генераторы могут генерировать больше энергии. Вышеуказанные экономические преимущества асинхронных генераторов будут частично компенсированы за счет необходимого возбуждения или дополнительных синхронных мощностей или дополнительных конденсаторов асинхронного генератора.

Величина возбуждения, необходимая для асинхронного генератора, обратно пропорциональна заданной скорости двигателя — чем выше импульс, тем ниже целевое значение стимула.

Площадь электростанции с асинхронным генератором меньше площади электростанции с синхронным генератором.

Также прочтите: Типы измерительных приборов

Вывод:

В этих статьях мы попытались предоставить всю необходимую информацию о разнице между индукционным генератором и синхронным генератором. Мы придумали основные определения, что такое асинхронные и синхронные генераторы, а затем перешли к принципам работы каждого из этих генераторов.

В следующих разделах мы покажем несколько сравнений между этими двумя генераторами, чтобы увидеть, чем они отличаются. Наконец, мы рассмотрели различия между двумя генераторами с точки зрения экономической эффективности. Если у вас есть опыт использования любого из этих двух генераторов и вы хотите узнать о них больше, мы будем очень рады узнать ваше мнение в комментариях на нашем сайте Linkquip.

Также, если у вас есть какие-либо вопросы по этим темам, вы можете записаться на нашем сайте и ждать, пока наши специалисты ответят на ваши вопросы. Надеюсь, вам понравится читать эту статью.

Также прочтите: Типы мотоциклетных двигателей | Различные конструкции двигателей мотоциклов | Как работает двигатель мотоцикла?

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Что такое синхронный генератор?

Синхронный генератор представляет собой синхронную машину, которая преобразует механическую энергию в электрическую энергию переменного тока посредством процесса электромагнитной индукции.

Что такое синхронный генератор с постоянными магнитами?

Синхронный генератор с постоянными магнитами представляет собой генератор, в котором поле возбуждения создается постоянным магнитом вместо катушки. Термин «синхронный» здесь относится к ротору и полю, вращающимся с одинаковой скоростью, потому что поле генерируется с помощью механизма с постоянными магнитами, установленного на валу, а ток индуцируется в неподвижном якоре.

Какие существуют два типа синхронных генераторов?

Типы синхронных машин

  • Гидрогенераторы: Генераторы с приводом от гидротурбины называются гидрогенераторами.
  • Турбогенераторы: Эти генераторы приводятся в действие паровыми турбинами и преобразуют тепловую энергию пара в электрическую энергию.

Как работает синхронный генератор?

Генератор переменного тока или синхронный генератор работает по принципу электромагнитной индукции, т. е. при изменении потока, связывающего проводник, в проводнике индуцируется ЭДС. Когда обмотка якоря генератора переменного тока подвергается воздействию вращающегося магнитного поля, в обмотке якоря будет генерироваться напряжение.

Принцип работы синхронного генератора

Принцип работы синхронного генератора такой же, как у генератора постоянного тока. Он использует закон электромагнитной индукции Фарадея. Этот закон гласит, что когда поток тока индуцируется внутри проводника в магнитном поле, тогда будет относительное движение проводника, а также магнитного поля.

Синхронный генератор с постоянными магнитами Принцип работы

Работа PMSG зависит от поля, создаваемого постоянным магнитом, присоединенным к ротору генератора для преобразования механической энергии в электрическую.

Асинхронный генератор

Асинхронный генератор или асинхронный генератор представляет собой тип электрического генератора переменного тока, который использует принципы асинхронных двигателей для производства электроэнергии.

Что такое индукционный генератор с двойным питанием?

Система асинхронного генератора с двойным питанием (DFIG) является популярной системой, в которой силовой электронный интерфейс управляет токами ротора для достижения переменной скорости, необходимой для максимального захвата энергии при переменном ветре.

Асинхронный генератор VS Синхронный генератор

Для переменного или синхронного генератора требуется отдельная система возбуждения постоянного тока, тогда как асинхронный генератор получает реактивную мощность от энергосистемы для возбуждения поля. Если асинхронные генераторы предназначены для питания автономных нагрузок, необходимо подключить батарею конденсаторов для подачи реактивной мощности.

Синхронный генератор переменного тока

Синхронный Генераторы переменного тока (AC) являются преобладающим типом генераторов, используемых для выработки электроэнергии в энергетике.

Learn more