Elektrické generátory rôznych typov

Účinnosť a výkon generátora sú vzájomne prepojené veci. A súdiac podľa všetkých výpočtov a vzorcov, ako aj skutočných údajov z generátorov štartujúcich na záťaž, môžete vidieť, že maximálny výkon generátora je, keď jeho napätie klesne presne o 50% napätia bez zaťaženia. Vo všetkých ostatných prípadoch, keď napätie generátora klesne o viac ako 50 % alebo menej, výkon generátora klesne.

Od poklesu napätia závisí aj účinnosť generátora a najvyššia účinnosť je pri najmenšom poklese napätia. V súlade s tým, čím väčší je pokles napätia, tým nižšia je účinnosť generátora. Generátor a záťaž môžu byť reprezentované ako dva odpory v uzavretom obvode a odpor, ktorý je vyšší, spotrebuje viac energie, pretože má menší pokles napätia pri rovnakom prúde v celom obvode.

Cievky generátora, to znamená, že jeho vinutie v podstate funguje samo na seba a záťaž je len vodič, ktorý uzatvára konce vinutí generátora. Vinutie generátora je tiež spotrebiteľom vlastnej energie. Preto sa cievky stávajú magnetmi a odolávajú magnetickému poľu magnetov, ktoré pri otáčaní generátora vytvárajú záťaž. Ale koľko energie spotrebuje vinutie generátora a všetko sa riadi Ohmovým zákonom. Spotreba vinutia závisí od poklesu napätia a prúdu pretekajúceho vinutím.

Napríklad, ak bol pokles napätia generátora 20 voltov a odpor jeho vinutia bol 1,5 ohmov, potom sa prúd obvodu bude rovnať poklesu napätia vydelenému odporom a potom 20 V: 1,5 om = 13,3 A. Podľa toho vynásobíme tento prúd napätím, ktoré kleslo na vinutie a dostaneme výkon, ktorý spotrebuje vinutie generátora. To znamená 20 V * 13,3 A = 266 Watt.

Napríklad nabíjame batériu a jej nabíjacie napätie je 14 voltov. Napätie generátora kleslo o 20 voltov, čo znamená, že pri voľnobehu bolo 34 voltov a pokles bol 58 %. A potom výkon spotrebovaný batériou bude 14 * 13,33 = 186 wattov. To znamená, že batéria spotrebuje 186 wattov a 266 wattov spotrebuje vinutie generátora vytvárajúce magnetické pole. Celkový výkon tejto kombinácie generátor + batéria je 266 + 186 = 452 wattov. Účinnosť generátora je zodpovedajúcim spôsobom 41 %. V skutočnosti by preto vrtuľa pre veterný generátor v tomto prípade mala mať veľkú rezervu výkonu, viac ako dvakrát výkonnejšiu ako výkon, ktorý vychádza z generátora.

Aktívny odpor spotrebiča, v tomto prípade batérie, bude 14V delené 13,3A=1,05 Ohm.

Druhá možnosť: Povedzme, že napätie generátora klesne o 15 %. Aká bude jeho účinnosť v percentách? a jej výkon v percentách z maximálneho možného?. Ak je pokles napätia 15%, znamená to, že odpor záťaže je vyšší ako odpor vinutia generátora. Čo je to za odpor? Napätie delené prúdom je odpor a prúd závisí od poklesu napätia deleného odporom.

Nechajte generátor mať rovnakých 34 voltov pri voľnobehu a jeho odpor 1,5 Ohm. Napätie kleslo o 15% a dosiahlo 25,5 voltov, rozdiel je 34-25,5 = 8,5 voltov. Prúd sa rovná poklesu napätia vynásobenému odporom. Potom 8,5:1,5=5,6A je prúd v obvode, 8,5*5,6 je 47,6 wattov, teda spotreba generátora 47,6 wattov (pripadá na vinutie generátora vo forme vytvárania elektrického poľa). A spotreba záťaže sa rovná jeho prúdu a napätiu, to znamená 25,5V*5,6a=142,8Watt. Celková spotreba celého generátora a kombinácie záťaže je 47,6 + 142,8 = 190,4 wattov. V tomto prípade je účinnosť generátora 75%. A záťažový odpor je 25,5:5,6=4,5om

Z toho všetkého vyplýva, ale nasleduje priama závislosť účinnosti generátora a jeho výkonu od poklesu napätia na ňom v percentách. Účinnosť generátora je priamo úmerná poklesu napätia na ňom. Výkon generátora je úmerný poklesu napätia a najvyšší výkon je, keď je pokles napätia 50 %

Ak teda chcete vždy získať maximálny výkon z generátora pri akejkoľvek rýchlosti, potom musíte udržiavať napätie na 50%, ale účinnosť generátora v tomto režime bude vždy 50%.

Nepredstieram kompetentnosť a pravdivosť informácií uvedených v článku.. Toto je len moja predstava o obraze v momente môjho vývoja v tejto téme a možno sa zmýlim a vyvodím z toho nesprávne závery. Je len na vás, aké závery z toho vyvodíte. Ale ak sa pomýlim o účinnosti regenerátora, keď poviem, že ak je odpor generátora vyšší, tak sám spotrebuje viac energie ako dodá záťaži. Potom si položte otázku, kam ide energia, mechanická energia, ak je účinnosť generátora napríklad 80%. Napríklad, ak má generátor 3 kW a jeho účinnosť je 80 %, znamená to, že máme stratu účinnosti približne 800 wattov. Kde sú tieto straty, v čom sú vyjadrené? Je to naozaj všetko, čo ide do ohrevu generátora, až 800 wattov, a vinutie sa roztopí a zhorí, ak sa tam uvoľní takmer 1 kW tepla, potom generátor môže vykurovať miestnosť ako kachle. A ak je účinnosť 50%, potom je strašidelné predstaviť si, koľko sa minie na vykurovanie.

Nie, energia sa nevynakladá na zahrievanie, ale na vytváranie magnetického poľa; cievky sa stávajú elektromagnetmi a spotrebúvajú energiu, pričom odolávajú otáčaniu rotora. Väčšina energie, ktorá dopadá na generátor, ide do magnetického poľa vinutia generátora. Nižšie je video, kde som sa snažil vysvetliť, čo bolo popísané v článku.

Premena energie v synchrónnom generátore prebieha nasledovne.

Mechanická energia sa dodáva na hriadeľ synchrónneho generátora z hlavného stroja P 1. Časť tejto energie sa minie na mechanické straty R KOŽUŠINA v generátore, na magnetických stratách v oceli statora R ST, dodatočné straty v oceli statora a rotora R Nar. Zvyšok energie sa premení na elektrickú energiu a prenáša sa magnetickým poľom na stator.

Celkový elektrický výkon, ktorý vzniká premenou mechanického výkonu, sa nazýva elektromagnetický výkon. Magnetické straty v jadre statora generátora sú kryté priamo mechanickým výkonom z hriadeľa a nie sú zahrnuté v elektromagnetickom výkone.

Elektromagnetický výkon trojfázového synchrónneho generátora sa rovná:

Premena energie v synchrónnom generátore je spojená so stratami energie. Všetky typy strát v synchrónnom stroji sú rozdelené na základné a dodatočné.

Hlavné straty v synchrónnom generátore pozostávajú z elektrických strát vo vinutí statora, budiacich strát, magnetických strát a mechanických strát.

Elektrické straty vo vinutí statora:

Kde - aktívny odpor jednej fázy vinutia statora pri projektovanej prevádzkovej teplote:

kde je aktívny odpor jednej fázy vinutia statora pri teplote T 1, odlišný od vypočítaného pracovného; a = 0,004.

Straty excitácie:

a) pri budení zo samostatného budiaceho zariadenia:

kde je aktívny odpor budiaceho vinutia pri projektovanej prevádzkovej teplote;

2V - pokles napätia v kontakte kefy;

Odpor vinutia poľa bez zohľadnenia prúdového posunu je určený vzorcom a vedie k návrhovej teplote:

kde je aktívny odpor pri teplote T 1, odlišný od vypočítaného pracovného.

b) pri budení z generátora jednosmerného prúdu (budiča) pripojeného k hriadeľu synchrónneho stroja:

, W (4,18)

kde je účinnosť budiča ( =0,8-0,85 ).

Ak je budiace vinutie napájané vlastným budičom umiestneným na hriadeli hnacieho motora, potom treba k výkonu pripočítať výkon použitý na budenie generátora, ako aj straty v budiči. P 1. S nezávislým budením do P 1 zvyšuje sa výkon spotrebovaný v budiacom vinutí generátora. V prípade obvodov s vlastným budením sa budiaci výkon odpočítava od , pretože časť elektrickej energie sa spotrebuje na budenie stroja.

Ak je budenie bezkontaktné, táto stratová zložka chýba

Magnetické straty v synchrónnom generátore vznikajú v jadre statora, ktoré podlieha reverzácii magnetizácie rotujúcim magnetickým poľom. Tieto straty pozostávajú z hysteréznych strát a strát vírivými prúdmi:

Mechanické straty (W), ktoré sa rovnajú súčtu strát trením v ložiskách a strát vetraním (keď je stroj samovetraný):

, W (4,20)

Kde - obvodová rýchlosť na povrchu pólového nástavca rotora, m/s;

Konštrukčná dĺžka jadra statora, mm.

Dodatočné straty zaťaženia v synchrónnom generátore sa určuje ako percento užitočného výkonu generátora. Pre synchrónne stroje s výkonom do 1 000 kW sa dodatočné straty zaťaženia rovnajú 0,5% a pre stroje s výkonom nad 1000 kW - 0,25 - 0,4%.

Celkové straty v synchrónnom generátore:

Zvyšný výkon dodáva generátor do siete (aktívny výkon odoberaný z generátora pri jeho menovitom zaťažení).

Moc R 2 je užitočný výkon generátora:

(4.22)

Tu U 1 A ja 1- fázové hodnoty napätia a prúdu statora.

Účinnosť pre synchrónny generátor:

, W (4,23)

Účinnosť synchrónneho generátora závisí od veľkosti záťaže a jej charakteru (cosφ). Grafy tejto závislosti sú uvedené na obrázku 4.8.

Účinnosť synchrónnych strojov s výkonom do 100 kW je 80-90%, u výkonnejších strojov dosahuje účinnosť 92-99%. Vyššie hodnoty účinnosti platia pre turbo a hydrogenerátory s výkonom desiatok až stoviek tisíc kilowattov.

Dodávaný mechanický výkon je určený vzorcom:

(4.24)

Obrázok 4.8 – Graf efektívnosti a cosφ na veľkosti nákladu β .

V tomto článku budeme hovoriť o vlastnostiach základného dizajnu automobilových generátorov. Pre majiteľov automobilov, ktorí sú oboznámení s touto témou, tento článok nebude zaujímavý. Ale pre tých, ktorí sa zaujímajú o automobilové generátory z aplikovaného hľadiska, môžu byť tieto informácie užitočné.

V moderných automobiloch sa ako generátory používajú synchrónne trojfázové elektrické stroje na striedavý prúd, v ktorých sa v usmerňovači používa Larionov obvod.

Aby generátor po naštartovaní motora dodával prúd do záťaže, je potrebné zabezpečiť napájanie budiaceho vinutia. K tomu dochádza, keď je kľúč zapaľovania otočený do prevádzkovej polohy.

Prúd v budiacom vinutí je riadený stabilizátorom napätia, ktorý môže byť vyrobený ako samostatná jednotka alebo zabudovaný do zostavy kefy generátora. Vo veľkej väčšine moderných generátorov je stabilizátor napätia (SV) napájaný zo samostatnej časti usmerňovača.

Medzi ostatnými generátormi striedavého prúdu vyniká autogenerátor niekoľkými funkciami. V prvom rade, hoci autogenerátor vyrába jednosmerný prúd, je to vlastne generátor striedavého prúdu, ktorý sa potom usmerní diódovým mostíkom a zmení sa na jednosmerný prúd.

Toto riešenie je veľmi obľúbené, rovnaký generátor striedavého prúdu z asynchrónneho motora sa dá zmeniť na generátor jednosmerného prúdu, stačí pridať diódový usmerňovač.

Generátory s usmernením striedavého prúdu sa nazývajú generátory jednosmerných ventilov. Medzi takéto generátory patrí automobilový generátor.

Výstupné napätie autogenerátora je konštantné

Jednou z charakteristických vlastností automobilového generátora je, že napätie na jeho výstupných svorkách sa udržiava v úzkom rozsahu pomocou špeciálneho stabilizátora nazývaného regulátor napätia. Nejde však o nič exkluzívne pre elektromobily.

Stabilizátory napätia možno nájsť v mnohých zdrojoch neprerušiteľného napájania, vrátane tých, ktoré odoberajú energiu pre svoje batérie z mechanických generátorov rovnakých domácich vodných elektrární alebo z nich.

Hlavným charakteristickým znakom generátora automobilu je, že prijíma mechanickú energiu cez remeň z kľukového hriadeľa spaľovacieho motora, ktorého rýchlosť otáčania nie je vôbec konštantná, závisí od prevádzkového režimu vozidla v aktuálnom okamihu a v žiadnom prípade nesúvisí s potrebami spotrebiteľov jednosmerného prúdu .

Ukazuje sa teda, že úlohou generátora a jeho elektroniky je dokázať nabíjať autobatériu a napájať spotrebiteľov stabilizovaným napätím bez ohľadu na aktuálnu rýchlosť kotvy - napätie musí zostať v úzkom koridore okolo 14 voltov. .

Ak napätie z nejakého dôvodu prekročí rozsah stabilizácie, nabíjací prúd batérie môže byť extrémne vysoký a elektrolyt sa jednoducho vyvarí.

Tento jav nie je bezprecedentný, mnohí automobiloví nadšenci sa s ním stretli, keď náhle zlyhal regulátor napätia na generátore - elektrolyt v batérii sa v tomto prípade rýchlo vyvarí.

Ak je napätie z generátora príliš nízke, batéria sa predčasne vybije. S týmto problémom sa stretli aj mnohí motoristi.

Stabilné výstupné napätie je teda predpokladom pre správnu činnosť autogenerátora. Ale to nie je také ľahké dosiahnuť. Rozsah zmien rýchlosti otáčania rotora generátora v aute je pomerne široký. Pri voľnobehu je to asi 800 - 1200 otáčok za minútu a v momente dobrého zrýchlenia - až 5 000 a dokonca až 6 000 otáčok, v závislosti od toho, o aké auto ide.

Prúdová charakteristika generátora automobilu

Keďže je teda napätie autogenerátora vďaka regulátoru napätia udržiavané takmer konštantné, má vlastnú prúdovo-rýchlostnú charakteristiku (TSC), pretože pri rôznych rýchlostiach rotora je záťažový prúd rozdielny. Napätie je konštantné, ale čím sú otáčky vyššie, tým vyšší je prúd a čím sú otáčky nižšie, tým je prúd z výkonových svoriek generátora menší.

Mimochodom, je pozoruhodné, že generátor automobilu má limit prúdu, a preto má vlastnosť samoobmedzovania. To znamená, že keď prúd dosiahne určitú hraničnú hodnotu, bez ohľadu na to, ako sa rýchlosť ďalej zvyšuje, prúd sa už nebude zvyšovať, jednoducho nemôže.

Prúdová rýchlostná charakteristika (TLC) automobilového generátora sa meria pomocou metódy prijatej ako medzinárodná norma. Táto (charakteristika) sa odstráni pri testovaní prevádzky generátora na stojane spárovanom s plne nabitou batériou takej menovitej kapacity, ktorá v ampérhodinách predstavuje polovicu (50 %) menovitého prúdu generátora v ampéroch. . Charakteristické dôležité body sa nachádzajú na charakteristike: n0, nrg, nn, nmax.

Počiatočná rýchlosť rotora n0 je teoretická rýchlosť rotora bez zaťaženia. Pretože charakteristika sa začína brať od prúdu 2 ampéry, tento bod sa zistí extrapoláciou charakteristiky na priesečník s horizontálnou osou otáčok.

Minimálna prevádzková frekvencia generátora nrg sa berie tak, aby zodpovedala otáčkam kľukového hriadeľa pri voľnobehu. To je približne 1500 až 1800 otáčok rotora generátora. Prúd pri danej frekvencii je typicky 40 až 50 % menovitej hodnoty pre daný generátor. Tento prúd by mal stačiť na napájanie minimálneho počtu životne dôležitých spotrebiteľov v aute.

Menovitá rýchlosť otáčania rotora generátora nn je presne frekvencia, pri ktorej sa generuje menovitý prúd In; nemala by byť menšia ako nominálna hodnota podľa pasu.

Maximálna rýchlosť rotora generátora nmax je rýchlosť rotora, pri ktorej generátor produkuje maximálny prúd, ktorého hodnota sa príliš nelíši od menovitého výkonu testovaného generátora.

Pre generátory domácej výroby bolo predtým zvykom uvádzať menovitý prúd pri 5000 ot./min. Vypočítaná frekvencia nр bola tiež uvedená pre vypočítaný prúd generátora Iр, ktorý sa rovná dvom tretinám menovitého prúdu. Tento konštrukčný režim zodpovedal prevádzkovému režimu generátora, keď sa jeho komponenty príliš nezohrievali. Všetky charakteristiky boli merané pri napätí 14 alebo 13 voltov.

Samobudenie a účinnosť automobilového generátora

Automobilový generátor sa musí samobudiť pri rýchlosti rotora nižšej ako je frekvencia pri voľnobežných otáčkach kľukového hriadeľa. Test sa vykonáva na stojane, kde by malo dôjsť k samobudeniu, keď je generátor pripojený k batérii s testovacou lampou.

Schopnosti generátora automobilu z energetického hľadiska sa vyznačujú veľkosťou jeho účinnosti. Čím vyššia je účinnosť, tým menej energie sa odoberá zo spaľovacieho motora na výrobu rovnakého užitočného výkonu vo forme elektrickej energie.

Účinnosť generátora závisí hlavne od konštrukčných prvkov konkrétneho produktu: aká je hrúbka dosiek v statore a hrúbka súpravy, ako dobre sú dosky od seba izolované (aké malé sú Foucaultove prúdy) , aký je odpor vinutia statora a rotora, aké široké sú zberné krúžky rotora, aká je kvalita kief a ložísk? Atď.

Jedno je však isté – čím vyšší menovitý výkon generátora, tým vyššia účinnosť. Medzitým typická účinnosť automobilových generátorov a generátorov ventilov vo všeobecnosti nepresahuje 60%.

Hlavným ukazovateľom schopností generátora je jeho prúdová charakteristika, ktorá jasne ukazuje, čo možno od konkrétneho generátora očakávať, s čím možno počítať. Pomocou charakteristických bodov sa zostaví tabuľka pre generátor.

Tu je napríklad tabuľka charakteristík generátorov vyrábaných doma:

Rozsah výstupného napätia pri rôznych rýchlostiach a v závislosti od teploty a zaťaženia odráža možnosti regulátora napätia autogenerátora.

Andrej Povny

Dnes všetci poznáme domáce elektrické generátory. V závislosti od spotrebovaného paliva, účelu a typu použitého motora to môžu byť benzínové, plynové, naftové a dokonca aj veterné elektrické generátory. Tieto zariadenia sa stali súčasťou našich životov a zvykli sme si ich používať na vidieku, pri kempovaní, na stavbách a v garáži. Mnoho typov elektrických generátorov a elektrických spotrebičov robí prácu za nás. Prenosné ručné elektrické generátory sú zabudované do bateriek, solárne panely napájajú diaľkové prístroje a senzory, vesmírne satelity a horolezecké vybavenie. Ale nebolo to tak vždy. Začiatok 19. storočia prepukol s celým radom objavov súvisiacich s elektrinou a magnetizmom.

Po objavení a štúdiu elektromagnetickej indukcie a vykonaných výpočtoch sa ukázalo, že je možné vytvoriť elektrický generátor, ktorý dokáže premieňať mechanickú energiu na elektrickú energiu. Na získanie prúdu v uzavretej cievke drôtu je potrebné zmeniť indukčný tok prechádzajúci cez ňu. Dá sa to urobiť dvoma spôsobmi: buď posuňte magnet vzhľadom na cievku drôtu, alebo posuňte cievku drôtu vzhľadom na magnet.

Prvý domáci generátor magnetického elektrického prúdu, postavený v roku 1832, mal veľmi jednoduchú inštaláciu. Pozrite sa na jeho kresbu: vidíte, že EMF vo vinutí jeho cievok bol vzrušený rotáciou podkovového magnetu. Prúd vytvorený takýmto strojom nebol ako prúd z galvanického článku - zdalo sa, že sa rúti zo strany na stranu, každú chvíľu mení svoj smer. Tento prúd sa nazýval striedavý prúd, na rozdiel od jednosmerného prúdu produkovaného galvanickým článkom.

Inštalácia ďalšieho elektrického generátora vyzerala inak: medzi stacionárnymi pólmi magnetu sa otáčal vodičový rám. Jeho konce boli spojené s dvoma krúžkami na osi otáčania rámu a pomocou posuvných kontaktov bol s krúžkami spojený elektrický obvod. Na kontaktoch krúžkov sa objavilo „plus“ alebo „mínus“, čo znamenalo generovanie premennej EMF.

To, že prúd bol striedavý, považovali za nevýhodu a začali hľadať spôsob, ako to narovnať. K tomu sa uchýlili k prepínaču tzv. V druhom stroji boli napríklad oba konce rámu spojené s prstencom, ktorý bol rozrezaný na polovicu a každá polovica bola izolovaná vrstvou nevodivej látky. Jeden posuvný kontakt sa dotkol iba konca otočného rámu, na ktorom bolo „plus“, a druhý kontakt sa zatvoril na „mínus“. Ale hoci sa prúd v obvode stal konštantným smerom, jeho veľkosť sa menila s každou pol otáčkou rámu.

Aby sa predišlo náhlym zmenám aktuálnej hodnoty, zvýšil sa počet snímok. Ich konce boli spojené s diametrálne opačnými časťami odrezaného zberného prstenca elektrického generátora. Prúd z takéhoto magnetického generátora je tým viac podobný konštantnému, čím viac rámov je na rotujúcom bubne - rotore (stacionárne magnety v takomto stroji sa nazývajú stator).

Jednosmerné a striedavé elektrické generátory sú svojou konštrukciou veľmi podobné elektromotorom. Okrem toho, ak otočíte kotvu jednosmerného elektromotora, na jeho vinutiach sa objaví potenciálny rozdiel - motor začne produkovať elektrický prúd a stáva sa elektrickým generátorom. Z technických dôvodov sú však generátory elektrického prúdu postavené trochu inak ako elektromotory.

Vezmime si napríklad generátor striedavého prúdu vo veľkej tepelnej elektrárni.

Jeho stator má vo vnútri vinutie, v ktorom vzniká elektrický prúd. Rotor je valec s dvoma magnetickými pólmi: severným a južným. Ak zmagnetizujete rotor prechodom jednosmerného prúdu z externého zdroja do pólového vinutia a potom ho začnete otáčať, vo vinutí statora sa objaví striedavý prúd.

Na budenie a prevádzku rotora sa zvyčajne používa samostatný malý generátor jednosmerného prúdu. Tento elektrický generátor je umiestnený priamo na hriadeli rotora. Existuje ďalšia konštrukčná možnosť - namiesto generátora budiča pracuje polovodičový usmerňovač prúdu. Odoberá nepodstatnú časť výkonu samotného elektrického generátora, usmerňuje striedavý prúd a výsledným prúdom napája vinutie rotora.

Naša krajina prijala štandard frekvencie striedavého prúdu 50 cyklov za sekundu - 50 Hz. To znamená, že za sekundu musí prúd pretiecť 50-krát v jednom smere a 50-krát v druhom. V súlade s tým musí rotor vykonať presne 50 otáčok za sekundu alebo 3000 otáčok za minútu. Elektrické generátory tepelných staníc pracujú pri tejto rýchlosti: sú poháňané jednotkami plynových turbín špeciálne navrhnutými pre túto rýchlosť.

Stáva sa to tak často ako pri elektrickom generátore v tepelnej elektrárni, kde sú otáčky agregátu plynovej turbíny 3000 ot./min. Frekvencia 50 periód je tu teda zachovaná.

Jednoduché o komplexe – Elektrické generátory na výrobu elektriny

• Galéria obrázkov, obrázkov, fotografií.
• Elektrické generátory - základy, príležitosti, perspektívy, vývoj.
• Zaujímavé fakty, užitočné informácie.
• Zelené novinky – Elektrické generátory.
• Odkazy na materiály a zdroje – Elektrické generátory na výrobu elektriny.