Generator synchroniczny: urządzenie, typy i zastosowania

Generator synchroniczny to specjalne urządzenie, dzięki któremu można przekształcić dowolną energię w energię elektryczną. Takimi urządzeniami są stacje mobilne, baterie cieplne lub słoneczne oraz sprzęt specjalny. W zależności od rodzaju generatora określa się możliwość jego zastosowania, dlatego warto bardziej szczegółowo zrozumieć, czym jest urządzenie.

Pod koniec XIX wieku firma Roberta Boscha po raz pierwszy opracowała coś podobnego do generatora. Urządzenie było w stanie zapalić silnik. Podczas testów okazało się, że maszyna nie nadaje się do stałego użytkowania, ale twórcom udało się ulepszyć aparaturę.

W 1890 roku firma niemal całkowicie przeszła na produkcję tego sprzętu, ponieważ zyskał on dużą popularność. W 1902 roku uczeń Boscha stworzył zapłon przy użyciu wysokiego napięcia. Urządzenie było w stanie wytworzyć iskrę między dwiema elektrodami świecy, czyniąc system bardziej wszechstronnym.

Początek lat 60. XX wieku to era rozprzestrzeniania się generatorów na całym świecie. A jeśli wcześniej urządzenia były poszukiwane tylko w przemyśle motoryzacyjnym, teraz takie jednostki są w stanie zaopatrywać w energię elektryczną całe domy.

Projekt takich jednostek obejmuje tylko dwa główne elementy:

• wirnik;
• stojan.

Głównym zadaniem generatora jest zamiana jednego rodzaju energii na energię elektryczną. Za jego pomocą można dostarczyć wymaganą ilość prądu do urządzeń zależnych, aby można było z nich korzystać.

Aby ocenić wydajność generatora, musisz spojrzeć na jego charakterystykę. W zasadzie są takie same jak w przypadku stacji generującej prąd stały. Kilka czynników to główne parametry oceny.

• Na biegu jałowym. Jest to zależność pola elektromagnetycznego od siły prądów ruchomych odpowiedzialnych za wzbudzenie cewki tłumika. Za jego pomocą można określić zdolność łańcuchów do magnesowania.
• Charakterystyka zewnętrzna. Oznacza równoległą zależność między napięciem cewki a prądem obciążenia. Wartość zależy od rodzaju obciążenia przyłożonego do urządzenia. Wśród przyczyn, które mogą powodować zmiany, jest wzrost lub spadek pola elektromagnetycznego urządzenia, a także spadek napięcia na uzwojeniach zainstalowanej cewki, która jest umieszczona wewnątrz urządzenia.
• Dostosowanie. Reprezentuje związek, który tworzy się między prądami pola i prądami obciążenia. Zapewnienie działania i ochrony jednostek synchronicznych osiąga się poprzez monitorowanie tego wskaźnika. Jest to łatwe do osiągnięcia, jeśli stale regulujesz EMF.

Nie jest trudno dowiedzieć się, jak działa urządzenie. Polega na obracaniu ramki magnetycznej w celu wytworzenia pola elektrycznego. W trakcie obracania ramy pojawiają się linie magnetyczne, które zaczynają przecinać jej kontur.Skrzyżowanie przyczynia się do powstania prądu elektrycznego.

Aby określić, gdzie poruszają się strumienie energii elektrycznej, konieczne jest zastosowanie reguły gimbala. Należy zauważyć, że w niektórych obszarach obecny ruch jest odwrotny. Kierunki ciągle się zmieniają, gdy dotrzesz do następnego bieguna, który znajduje się na magnesie. Zjawisko to nazywa się prądem przemiennym, a połączenie ramy z oddzielnym pierścieniem magnetycznym może udowodnić ten stan.

Zależność między wielkością prądu w ramie a prędkością obrotową wirnika układu jest proporcjonalna. Zatem, im bardziej rama się obraca, tym więcej prądu może dostarczyć generator. Wskaźnik ten charakteryzuje się prędkością obrotową.

Zgodnie z ustalonymi standardami optymalny wskaźnik prędkości w większości krajów nie powinien przekraczać 50 Hz. Oznacza to, że wirnik musi wykonać 50 drgań na sekundę. Aby obliczyć parametr, konieczne jest uzgodnienie, że jeden obrót ramy prowadzi do zmiany kierunku prądu.

Jeśli wałek obraca się 1 raz na sekundę, oznacza to, że częstotliwość prądu elektrycznego wynosi 1 Hz. Tak więc, aby osiągnąć 50 Hz, konieczne będzie zapewnienie odpowiedniej liczby obrotów klatki na sekundę.

Zależność w tym przypadku jest odwrotnie proporcjonalna. Tak więc, aby zapewnić częstotliwość 50 Hz, konieczne będzie około 2-krotne zmniejszenie prędkości.

Ponadto należy zauważyć, że w niektórych krajach ustalane są inne prędkości obrotowe wirnika. Standardowa częstotliwość to 60 Hz.

Obecnie producenci produkują kilka rodzajów generatorów synchronicznych. Wśród istniejących klasyfikacji kilka zasługuje na szczególną uwagę. Przede wszystkim warto zastanowić się nad podziałem jednostek według projektu. Generatory są dwojakiego rodzaju.

• Bezszczotkowy. Konstrukcja generatora zakłada zastosowanie uzwojeń stojana. Są one umieszczone tak, że rdzenie elementów są wyrównane z kierunkiem biegunów magnetycznych lub rdzeni znajdujących się na cewce. Maksymalna liczba zębów magnesu nie powinna przekraczać 6 sztuk.

• Synchroniczny, wyposażony w cewkę indukcyjną. Jeśli mówimy o maszynach regulacyjnych pracujących przy małej mocy, to magnesy prądu stałego są używane jako wirnik. W przeciwnym razie wirnik jest uzwojeniem cewki indukcyjnej.

Poniższa klasyfikacja implikuje podział stacji ruchomych na oddzielne typy.

• Hydrogeneratory. Charakterystyczną cechą urządzenia jest wirnik z wyraźnymi biegunami. Takie jednostki służą do wytwarzania energii elektrycznej tam, gdzie nie ma potrzeby zapewniania dużej liczby obrotów urządzenia.

• Generatory turbinowe. Różnica polega na braku wyraźnych biegunów. Urządzenie składa się z różnych turbin, jest w stanie kilkakrotnie zwiększyć liczbę obrotów wirnika.

• Kompensatory synchroniczne. Służy do uzyskania mocy biernej - ważnego wskaźnika w obiektach przemysłowych. Z jego pomocą można poprawić jakość dostarczanego prądu i ustabilizować wskaźniki napięcia.

Istnieje kilka popularnych modeli takich urządzeń.

• Krokowy. Służą do zapewnienia działania napędów zainstalowanych w mechanizmach, które mają cykl start-stop.

• Bez przekładni. Stosowany głównie w systemach samodzielnych.

• Bezdotykowy. Są poszukiwane jako główne lub zapasowe stacje mobilne na statkach.

• Histereza. Takie generatory są używane do liczników czasu.

• Induktor. Zapewnić działanie instalacji elektrycznych.

Pierwsze to urządzenia, w których słupy są wyraźnie widoczne. Wyróżniają się niską prędkością wirnika. Druga kategoria ma w swojej konstrukcji wirnik cylindryczny, który nie ma wystających biegunów.

Generatory synchroniczne to urządzenia przeznaczone do wytwarzania prądu przemiennego. Takie urządzenia można spotkać na różnych stacjach:

• atomowy;
• termiczny;
• elektrownie wodne.

A także jednostki są aktywnie wykorzystywane w systemach transportowych. Stosowane są w różnych pojazdach i systemach okrętowych. Generator synchroniczny może działać zarówno autonomicznie, niezależnie od sieci elektrycznej, jak i jednocześnie z nią. W takim przypadku możliwe jest jednoczesne podłączenie kilku jednostek.

Zaletą stacji prądotwórczych prądu przemiennego jest możliwość zasilenia w energię elektryczną przydzielonej powierzchni. Wygodne, jeśli obiekt znajduje się daleko od sieci centralnej. Dlatego też jednostki są poszukiwane wśród właścicieli gospodarstw położonych w osadach oddalonych od miasta.

Przy wyborze generatora ważne jest, aby znaleźć odpowiednie i niezawodne urządzenie, które może dostarczyć energię elektryczną do przydzielonego obszaru. Najpierw musisz zdecydować o parametrach technicznych przyszłego urządzenia. Eksperci radzą zwrócić uwagę na:

• masa generatora;
• wymiary urządzenia;
• moc;
• zużycie paliwa;
• liczba szumów;
• czas trwania pracy.

A także ważnym parametrem jest możliwość organizowania automatycznej pracy. Aby zrozumieć, ile faz potrzebuje przyszły generator, konieczne jest określenie rodzaju i liczby podłączonych do niego urządzeń elektrycznych.

Jednak zakup takiej mobilnej elektrowni nie zawsze jest najlepszą decyzją.

Przed zakupem dodatkowo zaleca się uwzględnienie obciążenia, jakie będzie wywierane na urządzenie podczas jego pracy. Każda faza powinna być obciążona maksymalnie 30% całości. Tak więc, jeśli moc generatora wynosi 6 kW, to w przypadku korzystania z gniazdek o napięciu 220 V będzie można użyć tylko 2 kW.

Zakup generatora trójfazowego jest pożądany tylko wtedy, gdy w domu jest wielu odbiorców trójfazowych. Jeśli większość urządzeń jest jednofazowych, lepiej kupić odpowiednią jednostkę.

Przed uruchomieniem generatora należy go najpierw wyregulować. Przede wszystkim dostosowują częstotliwość urządzenia. Można to zrobić na dwa sposoby:

1. zmienić konstrukcję urządzenia, przewidując z góry, ile biegunów jest potrzebnych do działania elektromagnesu;
2. zapewnić wymaganą prędkość wału bez żadnych zmian konstrukcyjnych.

Uderzającym przykładem są turbiny wolnoobrotowe. Zapewniają obroty wirnika 150 obr./min. Aby dostosować częstotliwość, użyj pierwszej metody, zwiększając liczbę tyczek do 40 sztuk.

Pomimo tego, że pole elektromagnetyczne indukcji urządzenia jest związane z wirnikiem i jego obrotem, ze względu na wymogi bezpieczeństwa nie ma możliwości demontażu konstrukcji w celu zmiany parametru.

Wartość EMF można zmienić, dostosowując generowany strumień magnetyczny. Będzie musiał zostać zwiększony lub zmniejszony. Za wartość wskaźnika odpowiadają zwoje uzwojenia, a raczej ich liczba. A także na moc strumienia magnetycznego może wpływać prąd generowany przez cewkę.

Regulacja polega na włączeniu kilku cewek w łańcuch.Aby to zrobić, musisz użyć dodatkowych reostatów lub obwodów elektronicznych. Druga opcja wymaga ustawienia parametru za pomocą zewnętrznych stabilizatorów. Zapewnia to niezawodną obsługę.

Zaletą synchronicznej stacji mobilnej jest możliwość synchronizacji z innymi maszynami elektrycznymi podobnego typu. Jednocześnie podczas połączenia możliwe jest dopasowanie prędkości obrotowych i zapewnienie zerowego przesunięcia fazowego. W związku z tym elektrownie mobilne są poszukiwane w energetyce przemysłowej, gdzie bardzo wygodne jest ich wykorzystanie jako zapasowego źródła zasilania w celu zwiększenia zdolności produkcyjnych w przypadku dużych obciążeń.

Zobacz poniżej generator synchroniczny i asynchroniczny.