Алтернатор апарат

генератор на ток преобразува механичната (кинетична) енергия в електричество. Енергията, използвана от само въртящ генератор двигател на базата на появата на електродвижеща сила (EMF) в проводник, който по някакъв начин действа промяна на магнитното поле. Тази част на генератора, който е предназначен да генерира магнитно поле, по-нататък на индуктор, и част, в която предизвикана електродвижещото напрежение - котва.

Въртящата се част на машината се нарича ротора. и фиксирана част - статора. В синхронните машини AC индуктор обикновено е ротор и DC машини - статора. И в двата случая, индуктор обикновено две или няколко комплекса и електромагнитна система снабдена с поле намотка захранва с постоянен ток (ток на възбуждане), но има и дросели, състоящ се от система с постоянен магнит. В индукция (асинхронни) генератори променлива индуктор и котвения ток може да не е ясно (конструктивно) се различават един от друг (може да се каже, че статора и ротора са индуктор както и арматура).

Повече от 95% от електроенергията, произвеждана в света централи, използващи синхронни генератори. С помощта на тези въртящи генератор индуктор създава въртящо се магнитно поле индуцира в статора (обикновено трифазен) намотка EMF променлива, чиято честота точно съответства на скоростта на ротора (съхраняват в синхрон с честотата на въртене на индуктор). Ако индуктор, например, има два полюса и се върти при 3000 об / мин (50 R / S), във всяка фаза на намотката на статора се индуцира чрез променлива EMF честота 50 Hz. Дизайнът на такъв генератор е опростена на фиг. 1.

Фиг. 1. Принципът на двуполюсен синхронен генератор устройство. 1, статора (арматура), ротор 2 (индуктор), вал 3, 4 на корпуса. U-X, V-Y, W-Z - разположени в гнездата на статорни намотки на трите фази части

магнитна система статора е компресиран пакет от тънки стоманени листове, в които процепите намотката на статора се намира. Намотката се състои от три фази изместен в случай на две полюсни машини един спрямо друг от 1/3 от обиколката на статора; индуциран в намотките на фаза следователно EMF изместени един от друг от 120 °. Бобината на всяка фаза от своя страна се състои от многооборотен намотки, свързани заедно в серии или паралелно. Един от най-простите варианти на изпълнение като двуполюсен генератор на трифазен намотка опростенчески показано на фиг. 2 (обикновено броят на рулони във всяка фаза е по-голяма от тази, показана на тази фигура). Тези части на серпентините, които са извън каналите на челната повърхност на статора, наречени челни съединения.

Фиг. 2. Най-простият трифазен принципа биполярно устройство на синхронен генератор намотката на статора в случай на двете намотки на всеки етап. 1 сканиране на повърхността на магнитната система на статора, бубинната намотка 2, U, V, W започва фаза намотка, X, Y, Z краищата на намотките на фазовите

Полюсите на индуктор и в съответствие с това разделение статор полюс може да бъде повече от два. Колкото по-бавно роторът се върти, толкова по-голяма трябва да бъде предварително определена честота на броя на полюсите на ток. Например, когато роторът се върти при 300 об / мин, на броя на полюсите на генератора за получаване на променлив ток честота от 50 Hz, за да бъде 20. Например, един от най-големите ВЕЦ свят ВЕЦ Itaipu (Itaipu, вж. Фиг. 4) генератори, работещи при честота от 50 Hz, напълнена с 66-пинов, и генератори, работещи при честота от 60 Hz - 78-поле.

Прекратяване дву- или четири възбуждане генератор е разположен, както е показано на фиг. 1, в каналите на масивна сърцевина ротор стомана. Такава конструкция ротор е необходимо в случай на генератор високоскоростен работи при скорост на въртене от 3000 или 1500 об / мин (особено за турбо-генератори, предназначени за свързване към парна турбина), като при тази скорост на роторната намотка са високо центробежна сила. За голям брой на полюсите, всеки полюс има един възбуждане намотка (фиг. 3.12.3). Този принцип изпъкнала-полюсен устройство се използва по-специално в случай на ниска скорост генератори, предназначени за свързване на хидравлични турбини (хидрогенератори) работи обикновено при скорост 60 об / мин до 600 г / мин.

Много често тези генератори, съгласно едно изпълнение на мощни водни турбини се извършват с вертикален вал.

Фиг. 3. Принцип ротор ниска скорост устройство на синхронен генератор. 1 полюс поле намотка 2, 3 осигуряване на вала на колело 4

Невярно намотка на синхронния генератор обикновено се захранва с постоянен ток от източника на външно захранване с контактни пръстени на вала на ротора. По-рано, това дава специален генератор на постоянен ток (възбудител), твърдо свързана с вала на генератора, и в момента се използва в по-прости и евтини полупроводникови токоизправители. Има и възбудителната система, вградена в ротора, при което електродвижещата сила, предизвикана от намотката на статора. Ако се използват постоянни магнити, източник на ток на възбуждане се елиминира и генератора става много по-лесно и по-надеждни, но в същото време и по-скъпо да се създаде магнитно поле, вместо на електромагнитната система. Следователно, постоянни магнити са обикновено използвани в относително ниска мощност осцилатори (до няколко стоkw).

Дизайнът на турбинни генератори, благодарение на цилиндрични ротори с относително малък диаметър, много компактен. Тяхната плътност обикновено е 0,5 ... 1 кг / кВт, и тяхната мощност Mauger достигне 1600 MW. хидрогенератори устройство е малко по-сложно, голям диаметър на ротора и специфично тегло, така че те обикновено 3,5 ... 6 кг / кВт. До момента са извършени на номинален капацитет от 800 MW.

Когато генератора него като енергийните загуби, причинени от съпротивлението на намотките (мед загуба) от вихрови токове и хистерезис на активните части на магнитната система (загуба желязо) и триенето в лагерите на въртящите се части (загуба триене). Въпреки факта, че общата загуба е обикновено по-малко от 1 ... 2% от мощността на генератора, разсейване на топлината, което води до загуба на изтичането, може да бъде трудно. Ако опростенчески приемем, че масата на генератора е пропорционална на неговата сила, неговите линейни измерения са пропорционални на куб основата на силата, и размерите на повърхността - мощност на силата на 2/3. С увеличаване на енергия, следователно, повърхността отвеждане на топлината нараства по-бавно от номиналната мощност на генератора. Ако капацитетът на няколко стокиловата да се прилагат достатъчно естествено охлаждане, а след това в продължение на bolshih съоръжения трябва да отида и принудителна вентилация, като се започне с около 100 MW, използват въздух вместо водород. В още по-голям капацитет (например, повече от 500 MW) трябва да бъде допълнен с водород охлаждаща вода. В големи генератори трябва да бъдат специално охлажда и лагери, обикновено с помощта на циркулацията масло.

Освен синхронни генератори относително рядко и при сравнително ниска мощност (до няколко мегавата) могат да се използват и индукционни генератори. В такъв генератор роторната намотка ток, индуциран магнитното поле на статора, когато роторът се върти по-бързо от статор въртящ AC честота област. Необходимостта от такива осцилатори обикновено възниква, когато е невъзможно да се гарантира продължаващо въртене на нулевия скоростта на инициатор (например, вятърни турбини, водни турбини и някои малки т. П.).

В DC ​​генератор магнитните полюси с възбуждаща намотка, разположена обикновено в статора и арматура намотка - в ротора. Тъй като в роторната намотка при завъртане променлива EMF индуцирана, котвата трябва да предостави колектор (ключ), при което изходът на генератор (колектор четки) получава постоянен EMF. В момента, генератори за постоянен ток се използват рядко, тъй като DC е по-лесно да се получи с помощта на полупроводникови изправители.

За да се включи генератор на двигателя и електростатични генератори. въртяща се част, която от триене (triboelectrically) създава електрически заряд високо напрежение. Първият такъв генератор (завърта ръчно сяра топка, която наелектризира триенето на човешката ръка), получена в 1663 кмет на град Магдебург (Магдебург, Германия), Ото фон Герике (Ото фон Герике, 1602-1686). В хода на своето развитие, такива генератори е разрешено да отварят много електрически явления и закони. Те все още не са загубили своето значение като средство за извършване на експериментални изследвания в областта на физиката.

Фиг. 5. Принципът на magnetoelectric генератора за устройство Ippolita Piksi (а), схема индуцирана едн (б) и графиката, получена чрез използване на колектор пулсиращ едн константа (в). Дръжката и конус предавка не е показан

Генератор, изграден на принципа на Пикси, използван за първи път през 1842 г. в завода си в Бирмингам (Birmingham) да предоставят галванични вани английски индустриалец Джон Стивън Vulrich (Йоан Стивън Woolrich, 1790-1843), като се използва като движеща капацитет парен двигател двигател от 1 литър. а. Неговата генератор на напрежение е 3 V, номинален ток - 25 А и ефективност - приблизително 10%. Подобни, но по-мощни генератори бързо започнаха да се въведе и в други галванични предприятия в Европа. През 1851 г., германски военен лекар Vilgelm Yozef Zinshteden (Вилхелм Йозеф Sinsteden, 1803-1891), предложено използването на бобина вместо постоянни магнити и електромагнити, за да ги хранят по-малко ток от спомагателен генератор; Той също така установи, че ефективността на генератора ще се увеличи, ако желязното ядро ​​на електромагнита да произвеждат не масивна, но от паралелните проводници. Въпреки Zinshtedena идеи стават реална употреба само през 1863 г., на английски преподава електроинженер Genri Uayld (Хенри Уайлд, 1833-1919), който предложи, наред с други нововъведения, имплант машина възбудител (инж. Exitatrice) към вала на генератора. През 1865 г. той създава генератор до този момент безпрецедентна сила от 1 кВт, с които той може да покаже дори топене и заваряване на метали.

Фиг. 6. развитие DC генератор възбуждане системи. възбуждане с помощта на постоянен магнит (1831), б външно възбуждане (1851), с последователно самовъзбуждане (1866), г паралелно самостоятелно тонизиращи (1867). Водещ 1, 2 поле ликвидация. Регулиране на ток на възбуждане не реостати показано

Необходимостта алтернатори стана през 1876 г., когато той е работил в Париж български електроинженер Павел Яблочков (1847-1894) започва да се покрие по улиците на града с помощта на тях произвежданите AC дъгови лампи (свещи Yablochkov). На първо място е необходимо за този генератор създава парижки изобретател и индустриалец Зенобия Теофил Gram (Zenobe Теофил грам, 1826-1901). С началото на масовото производство на крушки с нажежаема жичка през 1879 г., с променлив ток за известно време е загубила своето значение, но отново придоби значение се дължи на растежа на обхват за пренос на електроенергия в средата на 1880-те години. През 1888-1890 години на собствената лаборатория за изследване на собственика на Tesla Electric (Tesla-Electric Co. Ню Йорк, САЩ), който емигрира в САЩ сръбската електрическа инженер Никола Тесла (Никола Тесла, 1856-1943) и главен инженер на компанията AEG (AEG, Allgemeine Elektricitats-Gesellschaft) емигрира в Германия, български електротехник Майкъл Dolivo-Dobrovolsky (1862-1919) разработва трифазен система. В резултат на това тя започна производството на все по-мощни синхронни генератори, построени за термични и водноелектрически централи.

Важен етап в развитието на турбинни генератори могат да се считат за развитието през 1898 г. от цилиндричен ротор съсобственик на швейцарската електрическа централа Brown, Boveri и Дружеството (Brown, Boveri Cie. BBC) Чарлз Юджийн Ланселот Браун (Charles Eugen Ланселот Браун, 1863-1924). Първият генератора с водород охлаждане (капацитет 25 MW) издаден през 1937 г., американската компания GE (General Electric) и водно охлаждане vnutriprovodnym - през 1956 г. британската фирмата Викерс митрополит (Metropolitan Vickers).