Принцип работы трехфазного генератора переменного тока

Устройство синхронного генератора переменного тока — ЛитЭнерго

Принцип работы трехфазного генератора переменного тока

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.
Читайте также  Обратный осмос принцип действия

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.

Источник: https://www.litenergo.ru/pomoshch-pokupatelyu/ustrojstvo-sinhronnogo-generatora-peremennogo-toka/

Устройство и принцип работы трехфазного генератора

Принцип работы трехфазного генератора переменного тока

В жизни современного человека очень многие операции зависят от функционирования энергозависимых приборов. Причем не только в быту электроника облегчает нам жизнь. Конечно различные светильники, бытовая техника, большое количество вычислительных устройств являются незаменимыми помощниками, но от электрического питания зависят также большие предприятия, склады, промышленные заводы, медицинские учреждения, множество производств. 

Сложности и перебои в работе из-за проблем с подачей электроэнергии знакомы многим. Особенно серьезно эта проблема отражается на жизни населения в пригородах и, отдаленных от районных центров, селах и деревнях. Как раз там сегодня и располагается большинство крупных производственных объектов, склады готовой продукции, офисы серьезных зарубежных компаний. Такая миграция за черту города связана с высокой арендной платой в самих городах непосредственно.

Переезд в менее дорогостоящие офисы — это существенная экономия. Проблему с электропитанием многие решают при помощи автономных генераторов, в основном трехфазных. Такая классификация объясняется разными условиями эксплуатации и уровнями нагрузки. Генераторы с тремя фазами обеспечивают током крупные, масштабные объекты, высокоэтажные здания, целые поселки, мощное оборудование.

Читайте также  Принцип работы парогенератора бытового

Именно трехфазная электрическая система наиболее востребована в современной промышленности.

Как работает генератор с тремя фазами

Трехфазные генераторы, которые производят напряжение 380 В могут функционировать на любом топливе: как на бензине, так и на дизеле. А впервые устройство генератора переменного тока было представлено электротехником Яблочковым П.Н. Выдающийся ученый более чем полтора века назад создал прототип, принципиально не отличающийся от современных моделей. А следом за ним электротехник Доливо-Добровольский в 1888 году впервые презентовал именно трехфазное устройство. 

Принцип работы трехфазного генератора, как и однофазного основан на физическом явлении электромагнитной индукции. Рассмотрим подробнее. Обычный генератор с одной катушкой будет вырабатывать ток. Сигнал будет представлять собой одну синусоиду. Для систем с малой мощностью такого сигнала бывает достаточно.

Даже в автомобилях, правда самых дешевых, есть такие генераторы. В быту довольно большое количество устройств может работать от однофазных генераторов. Если использовать не одну, а несколько катушек и разместить их на равном расстоянии от ротора, тогда и электричества будет производиться в несколько раз больше.

Трехфазный генератор Sadko GPS-8500EF самая продаваямая модель 2016 года

Как устроен трехфазный генератор

Простейшее устройство трехфазного генератора представляет собой неподвижный магнит, в поле которого вращается проволочная катушка. Оптимальным вариантом является использование одного магнита, который вращается относительно нескольких равноудаленных от его оси обмоток. В типичной конструкции генератора на 380 В ток вырабатывается в тот момент, когда катушка находится в поле магнита. Изменение направления тока происходит при изменении направления движения магнита.

Он поочередно вдвигается и выдвигается в поле катушки и из него. Когда магнита нет в катушке и его силовые линии не пересекают проволочную петлю, ток не вырабатывается. В большинстве современных генераторов используется вращающееся магнитное поле. В основе функционирования лежит физический принцип магнитной индукции.

В случае с тремя катушками индуктивности — если магнит будет вращаться, то при одном обороте внутри стартера с тремя обмотками, которые располагаются на равных расстояниях, смещение электродвижущей силы произойдет на 120 0. 

Для передачи электроэнергии провода следует определенным образом соединить. Практическая реализация трехфазного устройства возможна в двух вариантах:

  • соединение обмоток генератора «звезда»;

  • соединение обмоток генератора «треугольник».

Соединение «звезда» — это когда начала отрезков проводов заключены в одну точку. Эти отрезки называются «линейными», а место соединение «нулем». Концы проводов направляются к потребителям. 

Соединение «звезда» подразумевает два типа напряжения 

  • линейное: между двумя линейными проводами;

  • фазовое: между общей «нулевой» точкой схода и линейным проводом.

Между двумя этими величинами есть определенное соотношение, которое описывается специальной формулой. 

При такой форме цепи нулевой провод используется с целью регулировки неравномерных мощностей нагрузки. Чаще всего он используется при проектировании и монтаже осветительных систем. Особенностью таких систем является невозможность одинаково нагрузить фазы, даже при равномерном подсоединении одинакового количества лампочек.

Светильники все равно будут включаться произвольно, то есть в каждой цепи одновременно может функционировать разное количество ламп. Обязательное требование к нулевому проводу: его сечение должно быть меньше, чем у линейных проводов.

При разновеликой нагрузке по нему будет проходить компенсирующий или уравнивающий ток, величина его не большая. 

Еще один вариант соединения представляет собой «треугольник» или последовательное подключение друг за другом всех участков цепи. При таком соединении звеньев каждую фазу генератора следует рассчитывать на значительно большее напряжение, чем при соединении «звездой». Это является недостатком такой схемы. Стоимость машин будет увеличиваться поскольку для большего напряжения нужно большее количество обмоток и изоляция повышенного качества. Кроме стоимости вырастет еще и размер прибора. 

Читайте также  Принцип работы кондиционера в квартире

Такая электрическая сеть состоит из трех катушек, в которых воздействуют три электродвижущие силы, с одинаковой частотой, но сдвинутые на 1/3 периода. Каждая из трех обмоток трехфазного генератора является отдельным самостоятельным генератором, то есть фактически это три равносильных цепи. Именно потому трехфазные генераторы можно использовать и для запитки однофазных устройств и приборов. К генераторам такого типа могут подключаться как асинхронные двигатели с напряжением 380, так и однофазные осветительные приборы, лампы накаливания. 

При подключении приборов важно следить чтобы нагрузка на каждую из фаз была примерно равной. Это правило является очень важным. Разница в нагрузках цепей не должна составлять более 20 %. Трехфазные цепи являются частным случаем многофазовых цепей, обладают рядом преимуществ по сравнению с другими структурами однофазными или многофазными. 

Трехфазные генераторы в кожухе KIPOR KDE6700T3 работают более тихо, не принося дискомфорт от шумности

Основные преимущества:

  • реализация элемента с вращающемся круговым магнитным полем легко реализуема на практике и не требует больших затрат;

  • экономичность процесса генерации и раздачи энергии, низкая себестоимость энергии;

  • комбинация линейного напряжения с фазовым в одном устройстве. 

Особенности эксплуатации трехфазного генератора

Наибольшей проблемой устройства этого типа является возможное появление перекоса фаз. Такое нарушение в работе может привести к поломке подключенной техники. Появляется в следствии возникновения большой разницы между нагрузками трех цепей. Есть множество нюансов в применении таких генераторов, но все они являются понятными особенностями конструкции. Например, к недостаткам можно отнести сложность регулировки скоростей вращения. 

Что делать в случае если к дому приведены три фазы, а вам необходим однофазный генератор? В такой ситуации нужно использовать автоматическое устройство ввода в резерв, тоже трехфазное.

При аварийном отключении электрики автомат проанализирует каждую входную линию и если хоть в одной из них напряжения не будет, то включится генератор. Принцип работы трехфазного генератора и является основным его преимуществом.

Поскольку устройство в техническом плане не сложное, то не требует серьезного обслуживания или ухода, замены деталей. Простые конструкции наиболее надежные — это утверждение справедливо и для примера с трехфазными генераторами. 

В магазине In-Green представлено множество моделей генераторов, которые позволяют решить любые задачи связанные с необходимостью восстановления или резерва электропитания. Трехфазные генераторы от отечественных, европейских и китайских производителей можно подобрать по необходимым параметрам и по стоимости. 

Источник: https://in-green.com.ua/ustrojstvo-i-princip-raboti-trehfaznogo-generatora