Виды электромеханических генераторов

Электричество исправно спасает нас от погружения во тьму и питает наши приборы. Можно, не задумываясь, заявить, что без него жилось бы очень несладко. Тем не менее, электростанции, которым вверено бесперебойное снабжение домов электричеством, не всегда справляются со своей задачей. Для того чтобы подача электроэнергии не прекращалась, а также для обеспечения ею мест, где не распространяются электросети, используется специальное оборудование – электрогенераторы.

За свою почти двухвековую историю генераторы успели претерпеть множество изменений, и сегодня можно приобрести модели самых разных модификаций, самая распространённая из которых называется электромеханическим генератором. Как понятно из названия, это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. В качестве источника механической энергии выступает вращающийся вал, приводимый в движение различными способами. В зависимости от характеристик, классификация электромеханических генераторов выглядит следующим образом:

1.     По типу первичного двигателя. Главным элементом любого электромеханического генератора является двигатель, для работы которого используется различное топливо.

— Турбогенератор. В качестве источника механической энергии в таком генераторе используется паровая турбина. Такие генераторы, как правило, обладают высокой мощностью и используются только на электростанциях.

— Гидрогенератор. Двигателем такого агрегата является гидравлическая турбина. Конечно, установка такого устройства возможна лишь в месте большого скопления воды.

— Дизельный генератор. В таком генераторе установлен двигатель внутреннего сгорания, использующий дизельное топливо. Это наиболее универсальный агрегат, способный развивать как небольшую мощность для бытового использования, так и тысячи киловатт для промышленного  применения.

— Бензиновый генератор. Не такой эффективный, как дизельный, но использующий тот же принцип, агрегат. В качестве топлива используется бензин.

— Газотурбинный генератор. Ещё одно мощное устройство, использующее энергию газовой турбины. Применяется только в промышленных целях.

— Ветрогенератор. В электричество преобразуется кинетическая энергия ветра. Такой генератор получил широкое распространение в Европе, где большинство холмов могут похвастаться ветровой электорстанцией.

— Генератор на альтернативном топливе. Такие генераторы выпускаются редко, а в качестве топлива в них могут использоваться дрова, спирт, пластмасса и другие необычные вещества. В основном используется для военных нужд.

2.    По виду выходного тока.

— Генератор постоянного тока. Первые генераторы были именно такими, но за счёт большей эффективности их вытеснили генераторы переменного тока.

— Генератор переменного тока – однофазный или трёхфазный, с включением обмоток звездой или треугольником.

3.    По способу возбуждения.

— С возбуждением постоянными магнитами.

— С внешним возбуждением.

— С самовозбуждением.

Возврат к списку

Контакты

Email: [email protected]

Телефон: +7 495 545-45-80

Бесплатно по РФ: 8 800 500-40-99

Политика конфиденциальности

Наши адреса

Офис / Cклад / Юридический /
Почтовый адрес:
Московская область, Ивантеевка, ул.Трудовая, д.3

Офис/Переговорная:
Москва, Ракетный бул. 16, БЦ “Алексеевская башня”

Вся информация, размещенная на сайте, носит информационный характер и не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) ГК РФ. Все материалы на сайте являются интеллектуальной собственностью ООО «ГенМастер», согласно ст.1225, ст.1228, ст.1229 части 4 ГК РФ

Генератор переменного тока. Трансформатор

На одном из прошлых уроков мы с вами знакомились с переменным
электрическим током и его свойствами. Мы узнали, что основная часть
электроэнергии в мире вырабатывается с помощью электромеханических индукционных
генераторов переменного тока, создающими синусоидальное напряжение.

Индукционным генератором переменного тока называется
устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в энергию
переменного тока.

Напомним, что основными частями индукционного генератора
переменного тока являются:

индуктор — это постоянный магнит или электромагнит, который
создаёт магнитное поле;

якорь — это обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС;

и колле́ктор — контактные кольца и скользящие по ним
контактные пластины (щётки), с помощью которых ток снимается или подводится к
вращающимся частям.

Вращающаяся часть индукционного генератора называется ротором,
а неподвижная — статором.

Как
вы знаете, электрический ток вырабатывается на различного рода электростанциях.
А выработанная на них электроэнергия передаётся потребителю с помощью линий
электропередач (сокращённо ЛЭП). Вроде бы всё просто, но тут есть несколько
нюансов. Дело в том, что потребители электричества есть повсюду. А вот
производится она в сравнительно немногих местах и, как правило, близко к
источникам топливо- и гидроресурсов. Помимо этого электроэнергию невозможно
законсервировать в огромных масштабах, поэтому она должна быть потреблена сразу
же после получения. Поэтому существует необходимость в передаче электроэнергии
на большие расстояния. Однако при передаче электроэнергии неизбежны потери
энергии, так как ток, проходя по проводам линии, нагревает их. Энергия тока,
идущая на нагревание проводов линии передачи, является потерянной энергией.

Чтобы
передача электрической энергии была экономически выгодной, необходимо потери на
нагревание проводов сделать возможно малыми. Но как это осуществить? Закон
Джоуля — Ленца указывает на два различных пути решения этой проблемы. Один путь
— уменьшить сопротивление проводов линии передачи. Это можно сделать, взяв
провода с большим сечением. Выясним на примере осуществимо ли это практически.

Пусть
на электростанции установлен генератор постоянного тока мощностью 200 кВт,
создающий напряжение 120 В. Требуется передать вырабатываемую генератором
энергию на расстояние 10 км от станции. Какого сечения нужно взять медные провода,
чтобы потери в линии передачи не превышали 10 % от передаваемой мощности?

Практически
это значит, что такой способ передачи энергии невозможен.

Другой
путь, ведущий к уменьшению потерь энергии в линии передачи, заключается в
уменьшении тока в линии передачи. Но при данной мощности уменьшение тока
возможно лишь при увеличении напряжения. Пусть теперь та же мощность в 200 кВт
передаётся при напряжении 12 кВ. Тогда сила тока в линии электропередач
составит примерно 16,67 А (то есть в сто раз меньше, чем в предыдущем случае). Так
как величина тока уменьшилась в сто раз, то при тех же потерях мощности в ЛЭП
сопротивление линии передачи увеличится в 100²
раз, то есть в 10 000. А вот сечение проводов в 10 000
раз уменьшиться и станет равным 4,86 мм². Значит и вес меди, идущей
на изготовление провода, уменьшится в те же 10 000 раз. Следовательно,
передача энергии станет практически возможной.

Таким
образом, при передаче электроэнергии на большие расстояния необходимо
пользоваться высоким напряжением. При этом чем длиннее линия передачи, тем
более высокое напряжение в ней используется/

Поэтому при передаче энергии на большие расстояния приходится
повышать напряжение тока, получаемого от генераторов, что осуществляется при
помощи трансформаторов.

Трансформатор — это устройство, служащее для
преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте.

Днём рождения трансформатора переменного тока считается 30
ноября 1876 года — это дата получения патента Павлом Николаевичем Яблочковым на
устройство, предназначенное для питания изобретённых им же электрических свечей
— нового в то время источника света.

В основе работы любого трансформатора лежит явление
электромагнитной индукции. Рассмотрим схему простейшего трансформатора. Итак,
он состоит из двух изолированных катушек (обмоток) с разным числом витков в
них. Обмотки находятся на сердечнике, который состоит из отдельных стальных
пластин, собранных в замкнутую раму той или иной формы.

Приложим к концам левой обмотки, которую мы будем называть первичной,
переменное напряжение (от сети или генератора). По обмотке пойдёт переменный
ток, который намагнитит сталь сердечника, создав в нём переменный магнитный
поток. По мере нарастания тока будет расти и магнитный поток в сердечнике,
изменение которого возбудит в витках катушки ЭДС самоиндукции, мгновенное
значение которой равно первой производной магнитного потока через поверхность,
ограниченную одним витком, по времени:

Переменный магнитный поток, возникающий в сердечнике
трансформатора, пронизывает и витки вторичной обмотки, возбуждая в каждом из
них такую же по величине ЭДС индукции, что и в каждом витке первичной обмотки.

Если первичная обмотка имеет N₁ витков, а
вторичная — N₂ витков, то в обмотках индуцируются (без учёта
потерь на рассеивание магнитного потока) соответственно электродвижущие силы
«ЭДС один» и «ЭДС два»:

Разделив почленно первое уравнение на второе, получим, что возникающие
в катушках ЭДС индукции (самоиндукции) пропорциональны числу витков в них:

Обычно активное сопротивление обмоток катушек очень мало и им
часто пренебрегают. Поэтому приложенное к концам первичной обмотки напряжение
можно считать примерно равным возникающей в ней ЭДС самоиндукции, взятой с
обратным знаком:

Если цепь вторичной обмотки трансформатора разомкнута (это
так называемый холостой ход трансформатора), то тока в ней нет, и
напряжение на зажимах вторичной обмотки, равно индуцированной в ней ЭДС взятой
с обратным знаком:

Мгновенные значения обеих ЭДС изменяются синфазно (то есть
одновременно достигают максимумов и минимумов). Поэтому их значения можно
заменить отношением действующих значений ЭДС или, учитывая предыдущие
равенства, отношением действующих значений напряжений:

Величину К, равную отношению числа витков в первичной
обмотке к числу витков во вторичной обмотке, называют коэффициентом
трансформации.

В том случае, когда нужно повысить напряжение, вторичная
обмотка устраивается с большим числом витков (это повышающий трансформатор):

 В случае же, когда надо понизить
напряжение, вторичная обмотка трансформатора берётся с меньшим числом витков (это
понижающий трансформатор):

Пока вторичная обмотка разомкнута, трансформатор работает
вхолостую. При холостом ходе он потребляет небольшую энергию, так как ток,
намагничивающий стальной сердечник вследствие большой индуктивности катушки,
очень мал. Передача энергии из первичной цепи во вторичную при холостом ходе
отсутствует.

Нагрузим наш трансформатор, замкнув через нагрузку цепь его вторичной
обмотки (это так называемый рабочий ход трансформатора). В этом случае
происходит непрерывная передача энергии из первичной обмотки трансформатора в
его вторичную обмотку. При этом мощность, выделяемая в первичной цепи и
выделяемая на нагрузке, будут определяться уравнениями, представленными на
экране:

Напомним, что здесь cos φ определяет коэффициент
мощности переменного тока. Зная мощности тока в первичной и вторичной цепи трансформатора,
можно найти коэффициент полезного действия последнего:

Согласно закону сохранения и превращения энергии, мощность
тока во вторичной цепи должна бы быть равна мощности в первичной цепи:

В действительности же это равенство не соблюдается, так как
при работе трансформатора имеются потери на нагревание обмоток трансформатора,
на вихревые токи в сердечнике и на перемагничивание сердечника; однако потери
эти невелики и сдвиги фаз между колебаниями силы тока и напряжения близки к
нулю.

Поэтому трансформатор принадлежит к числу наиболее
совершенных преобразователей энергии. А их коэффициент полезного действия достигает
девяноста девяти процентов (99 %).

Иногда потерями в трансформаторе можно пренебречь и считать
его КПД равным 100 %. Тогда из равенства мощностей первичной и вторичной цепи
следует, что нагрузочные токи в первичной и вторичной обмотках
трансформатора обратно пропорциональны приложенным к ним напряжениям:

Это означает, что, повышая с помощью трансформатора
напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и
наоборот).

Для закрепления материала, решим с вами такую задачу. Трансформатор,
содержащий в первичной обмотке 350 витков, включён в сеть с напряжением 220 В. Ко вторичной обмотке трансформатора, имеющей 155
витков, включён потребитель сопротивлением 80 Ом. Какова сила тока во вторичной
цепи, если падение напряжения на потребителе равно 70 В? Чему равно
сопротивление вторичной катушки?

В заключение отметим, что напряжение, вырабатываемое
генераторами на различных электростанциях, обычно не превышает 20 кВ. В то
время, как мы показали ранее, для оптимальной передачи электричества на большие
расстояния требуется напряжение в несколько сотен киловольт. Поэтому ток с
электростанции сначала подаётся на расположенную неподалёку повышающую трансформаторную
подстанцию, а затем — в линии электропередач. Но поскольку очень высокое
напряжение не может быть предложено потребителю, то в конце линии его подают
поочерёдно на несколько трансформаторных подстанций, понижающих напряжение до 380
В или 220 В. И лишь потом электроэнергию получают жилые дома и предприятия.

Асинхронный генератор

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является превосходным генератором, если его скорость превышает синхронную. Те же характеристики, которые делают этот двигатель предпочтительным по сравнению с другими типами двигателей, делают асинхронный генератор предпочтительным по сравнению с другими типами генераторов, а именно присущая конструкции с короткозамкнутым ротором прочность и простота систем управления.

Асинхронный двигатель становится генератором, когда он подключен к системе электроснабжения, а затем приводится в действие первичным двигателем со скоростью, превышающей его синхронную скорость. Первичным двигателем может быть турбина, двигатель, ветряная мельница или что-то еще, способное обеспечить крутящий момент и скорость, необходимые для приведения двигателя в состояние превышения скорости.

Рабочие характеристики генератора будут немного отличаться от характеристик двигателя. Как правило, скольжение оборотов и коэффициент мощности будут ниже, а эффективность будет выше. Различия могут быть настолько незначительными, что их невозможно обнаружить обычными методами полевых измерений.

Основным преимуществом индукционного генератора является регулировка частоты. Скорость должна жестко регулироваться синхронным генератором, чтобы его частота не отклонялась от частоты сети. Выходная частота и напряжение регулируются системой питания индукционных генераторов и не зависят от колебаний скорости. Эффект саморегулирования минимизирует сложность системы управления.

Элементы управления асинхронным генератором очень похожи на элементы управления асинхронным двигателем, за некоторыми исключениями:

1. Система должна быть оснащена устройством ограничения скорости. В случае отключения электрической нагрузки крутящий момент первичного двигателя быстро разгонит систему до потенциально опасных скоростей. Чтобы избежать опасных скоростей, требуется тормоз, регулятор или отключение дроссельной заслонки.
2. Электрический выключатель должен быть оборудован для ограничения тока короткого замыкания. В случае короткого замыкания в энергосистеме генератор подает ток неисправности. Обычно достаточно токоограничивающих предохранителей.
3. Выходной крутящий момент первичного двигателя должен быть ограничен, чтобы предотвратить перегрузку генератора. Это управление может быть заложено в конструкции первичного двигателя или может быть основано на сигналах обратной связи с выхода генератора. В крайнем случае первичный двигатель может превысить крутящий момент генератора, что приведет к неуправляемой скорости.
4. В некоторых случаях скорость первичного двигателя может упасть ниже синхронной скорости генератора. Если это произойдет, генератор будет приводиться в движение системой. Если такая реакция нежелательна, то питание можно отключить с помощью реле обратной мощности или можно использовать обгонную муфту, чтобы двигатель мог работать без нагрузки.

Асинхронный генератор может использоваться в качестве двигателя для ускорения системы до рабочей скорости, или первичный двигатель может использоваться для обеспечения ускорения. В последнем случае нет необходимости учитывать в конструкции машины пусковой момент и ток. Это дает разработчику полную свободу действий для максимизации эксплуатационных характеристик при полной нагрузке.

Индукционный генератор все чаще используется как средство восстановления энергии, которая в противном случае была бы потеряна. Генерируемая энергия может потребляться на месте или продаваться коммунальной системе, питающей объект (Закон о регулировании коммунальных услуг требует, чтобы коммунальное предприятие покупало электроэнергию). Генераторы с приводом от ветра и воды используются для преобразования этой энергии в электрическую.

Некоторые типичные области применения индукционных генераторов:

1. Бумажная фабрика имеет значительный запас доступного топлива в виде коры и древесных отходов. При использовании в котле он может генерировать 4000 л.с. избыточного пара. Самая большая разовая нагрузка — это насос мощностью 2000 л.с., 3600 об/мин. При механическом соединении турбины мощностью 4000 л.с. и индукционного генератора мощностью 2000 л.с. с насосом топливо можно использовать для привода насоса и выработки электроэнергии мощностью 2000 л.с. В случае отказа пара генератор можно использовать в качестве двигателя для привода насоса. Кроме того, насос поможет ограничить превышение скорости системы в случае потери электрической нагрузки.
2. Компания водоснабжения обнаружила, что она может покупать электроэнергию по низким ценам в ночное время и продавать ее по высоким ценам в дневной период пиковой нагрузки. Он строит низкие и высокие накопительные бассейны и устанавливает несколько насосов. Ночью он перекачивает воду из нижнего бассейна в высокий, покупая электроэнергию у коммунальных предприятий. В пиковые периоды вода течет обратно вниз через насосы, приводя в движение двигатели как генераторы. Энергия продается коммунальным службам. Устройство настолько простое, что им можно управлять дистанционно.
3. Между пустыней и горами Калифорнии постоянно дует ветер. Предприимчивый человек установил несколько башен с ветряными мельницами, приводящими в действие индукционные генераторы через редукторы. Электроэнергия вырабатывается пропорционально скорости ветра и продается местной коммунальной службе. Работа «Ветряной электростанции» при наличии соответствующего оборудования практически автоматическая.

Существуют определенные различия в использовании индукционных генераторов, которые следует учитывать при применении:

1. Следует избегать беспорядочного использования асинхронных двигателей в качестве генераторов. Возможно, конкретный двигатель не будет работать в качестве генератора из-за внутреннего магнитного насыщения. Внутреннее напряжение генератора может быть выше, чем у двигателя с тем же напряжением на клеммах. Магнитные плотности в машине определяются напряжением на воздушном зазоре схемы замещения. Для двигателя напряжение воздушного зазора обычно составляет 85-95 процентов от напряжения на клеммах. Для генератора напряжение воздушного зазора обычно составляет 100-105 процентов от напряжения на клеммах. Это более высокое напряжение воздушного зазора может привести к магнитному перенасыщению машины, высоким потерям в сердечнике и высоким токам намагничивания. Вполне возможно, что машина может перегреться при очень низкой выходной нагрузке. Если асинхронный двигатель будет использоваться в качестве генератора, эта информация должна быть известна разработчику, чтобы он мог сделать соответствующие допуски в плотности магнитного поля.

Асинхронные двигатели

2. обычно рассчитаны на 460 вольт для использования в системе 480 вольт. Индукционные генераторы должны быть рассчитаны на номинальное напряжение системы или немного выше, чем ниже, потому что теперь генератор является источником питания, а не нагрузкой на энергосистему.

Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности

3. можно использовать для коррекции коэффициента мощности генератора так же, как и для асинхронного двигателя. Однако, если существует вероятность превышения скорости генератора, независимо от того, подключен он к системе питания или нет, конденсаторы должны быть подключены к системе через отдельный выключатель, чтобы при размыкании выключателя генератора конденсаторы не подключен к генератору. В условиях превышения скорости конденсаторы могут перевозбуждать генератор и вызывать неконтролируемые высокие напряжения. Эти напряжения могут разрушить системы изоляции генератора, а также могут быть опасны для другого оборудования и персонала.

Асинхронные генераторы предназначены для конкретных применений, а не для общего использования. Свяжитесь с местным дистрибьютором или торговым представителем, чтобы разместить технический запрос.

Электрогенератор: основные сведения о том, как работают генераторы, их особенности и области применения

Краткий обзор

Генераторы работают на принципе электромагнитной индукции и используются в качестве резервных источников энергии в домах, магазинах, офисах и т. д.

Team Product Line

Связанные

• Коммерческий резервный генератор: основной источник электроэнергии при частых отключениях электроэнергии
• Домашний резервный генератор: обеспечивает домовладельцев бесперебойным электроснабжением
• Рекреационные/портативные генераторы: небольшие генераторные установки, которые очень помогают во время чрезвычайных ситуаций, мероприятий на открытом воздухе
• Работа Местные генераторы: Предотвратите потерю времени и повысьте общую эффективность работы
• Индукционный генератор: Генераторы, требующие меньше обслуживания

Как работают электрические генераторы?
Электрогенератор – это устройство, которое используется для производства электроэнергии, которая может храниться в батареях или может подаваться напрямую в дома, магазины, офисы и т. д. Электрогенераторы работают по принципу электромагнитной индукции. Проводящая катушка (медная катушка, плотно намотанная на металлический сердечник) быстро вращается между полюсами подковообразного магнита. Катушка-проводник вместе с сердечником называется якорем. Якорь соединен с валом источника механической энергии, например двигателя, и вращается. Требуемая механическая энергия может быть обеспечена двигателями, работающими на таких видах топлива, как дизельное топливо, бензин, природный газ и т. д., или с помощью возобновляемых источников энергии, таких как ветряная турбина, водяная турбина, турбина на солнечной энергии и т. д. Когда катушка вращается, она разрезает магнитное поле, лежащее между двумя полюсами магнита. Магнитное поле будет мешать электронам в проводнике, вызывая в нем электрический ток.

Характеристики электрогенераторов

• Мощность: Электрические генераторы с широким диапазоном выходной мощности легко доступны. Требования как к низкой, так и к высокой мощности могут быть легко удовлетворены путем выбора идеального электрогенератора с соответствующей выходной мощностью.
• Топливо: Для электрогенераторов доступны различные виды топлива, такие как дизельное топливо, бензин, природный газ, сжиженный нефтяной газ и т. д.
• Портативность: На рынке доступны генераторы, оснащенные колесами или ручками, чтобы их можно было легко перемещать с одного места на другое.
• Уровень шума: Некоторые модели генераторов имеют технологию шумоподавления, которая позволяет держать их в непосредственной близости без каких-либо проблем с шумовым загрязнением.

Применение электрических генераторов

• Электрические генераторы используются в домах, магазинах, офисах и т. д., где часто случаются отключения электроэнергии. Они действуют как резервная копия, чтобы обеспечить бесперебойное электропитание устройств.
• В отдаленных районах, где электричество от магистральной сети недоступно, в качестве основного источника электроснабжения выступают электрические генераторы.
• При работе на проектных площадках, где нет доступа к электричеству из сети, можно использовать электрические генераторы для питания машин или инструментов.

Обратитесь к ближайшим к вам ведущим дилерам генераторов и получите бесплатные расценки. Times Internet Limited/Economic Times не гарантирует, не ручается и не поддерживает какой-либо контент или его подлинность. Цены на продукты, указанные в статье, могут быть изменены, в том числе в зависимости от предложений Amazon.

Понедельник, 29 мая 2023 г.

Откройте для себя газету Economic Times в цифровом формате!

Прочитать полное печатное издание »

• Первая страница
• Pure Politics
• Бренды и компании
• ET Markets
• Подробнее

901 31 За Новую Индию, Дом новой решимости и устремлений

Премьер-министр Нарендра Моди в воскресенье открыл новое здание парламента и заявил, что Индия отказывается от «менталитета рабства». Он также призвал сделать Индию развитой страной к 100-летию независимости.

Baring EQT собирается купить Credila за 1,5 миллиарда долларов

Baring Private Equity Asia (BPEA) EQT намерена приобрести Credila Financial Services, образовательное кредитное подразделение Housing Development Finance Corp (HDFC), за 1,3-1,5 миллиарда долларов ( ₹ 10 000 крор-12 000 крор), превосходя конкурентов в области прямых инвестиций Carlyle, TA Associates, Blackstone и CVC Capital, среди прочих, говорят осведомленные люди.

Налог на бизнес-ангелов для многонациональных корпораций может привести к возникновению ПИИ

Базирующиеся в США транснациональные корпорации, британские компании и ведущие французские промышленные группы, имеющие дочерние предприятия в Индии, столкнутся с так называемым налоговым контролем бизнес-ангелов, если они привлекут новый акционерный капитал.

Подробнее Новости о

электромагнитная индукция возобновляемая энергия бесперебойное электроснабжениешумовое загрязнениеэлектрогенератор

ETRise MSME Day 2022 Mega Conclave с лидерами отрасли.