Индукционные генераторы — Электромеханический индукционный генератор — Росиндуктор

ИНДУКЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР — это преобразователь механической энергии в электрическую. Нужен электромеханический индукционный генератор? Росиндуктор — генератор от профессионалов с нашего склада. Индукционные генераторы работают при возникновении переменного магнитного поля в катушке. Катушка создаёт переменное магнитное поле, вектор которого меняется с заданной генератором частотой. Созданные вихревые токи, индуцированные магнитным полем, производят нагрев металлического элемента, который передаёт энергию теплоносителю.

Принцип действия индукционного генератора основан на законе электромагнитной индукции — индуцирование электродвижущей силы в прямоугольном контуре (проволочной рамке), находящейся в однородном вращающемся магнитном поле, или наоборот, прямоугольный контур вращается в однородном неподвижном магнитном поле. Если в контуре вращается однородное магнитное поле с равномерной угловой скоростью, то в нем индуктируется синусоидальная электродвижущая сила.

Индукционный генератор переменного тока

Это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока, например, за счет вращения проволочной катушки в магнитном поле, или, наоборот, за счет вращения магнита. До тех пор, пока силовые линии магнитного поля пересекают проводящую катушку, в ней индуцируется электрический ток. Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивает, когда рамка удаляется. Каждый раз, когда рамка изменяет ориентацию относительно полюсов магнита, электрический ток также изменяет свое направление на противоположное. Все то время, пока источник механической энергии вращает проводник (или магнитное поле), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.

Устройство индукционного генератора

По конструкции выделяют генераторы:

• с неподвижными магнитными полюсами и вращающимся якорем,
• с вращающимися магнитными полюсами и неподвижным статором.

Генераторы с неподвижными магнитными полюсами используются чаще, поскольку при неподвижной статорной обмотке нет необходимости снимать с помощью скользящих контактов (щеток) и контактных колец с ротора большой ток высокого напряжения. Статор (неподвижная часть) собирается из отдельных железных листов, изолированных друг от друга, а на внутренней поверхности статора имеются пазы, куда вкладываются провода статорной обмотки генератора. Ротор (подвижная часть) обычно изготавливают из сплошного железа, а полюсные наконечники магнитных полюсов ротора собирают из листового железа. Для создания максимально возможной магнитной индукции при вращении между статором и полюсными наконечниками ротора желателен минимальный зазор, а геометрическую форму полюсных наконечников подбирают такой, чтобы вырабатываемый генератором ток был наиболее близок к синусоидальному. На сердечники полюсов садят катушки возбуждения, питаемые постоянным током, который подводится с помощью щеток к контактным кольцам, расположенным на валу генератора.

Электромеханический индукционный генератор

Магнитное поле в электромеханическом генераторе создается с помощью постоянного или электромагнита, переменная электродвижущая сила индуцируется в обмотке. В промышленных генераторах поле создается вращающимся магнитом, обмотки остаются неподвижными.

Генератор индукционного тока

Генераторы индукционного тока имеют широкую область применения: чаще всего их используют в местах, в которых требуется непрерывная подача электроэнергии, таких как медицинские учреждения, морозильные склады и т.п. также такие генераторы могут быть востребованы на строительных площадках и для электрификации загородных домов.

Генератор индукционного нагрева

Индукционный нагрев — это нагревание электропроводящих материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Генераторы индукционного нагрева применяются для:

• нагрева заготовок из магнитных материалов, в том числе для гибки и термообработки деталей,
• термической обработки мелких и хрупких деталей,
• поверхностной закалки изделий,
• плавки, сварки и пайки металлов,
• обеззараживания медицинского инструмента.  

Электрические генераторы

Генераторы — электрические машины производящие электроэнергию

Электрогенераторы — это электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую энергию.

Действие электрических генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила — ЭДС. 

Электрические генераторы могут производить как постоянный, так и переменный ток. Слово генератор (generator) переводится с латыни как производитель.

Известными поставщиками генераторов на мировой рынок являются такие компании как: Mecc Alte, ABB, General Electric (GE), Siemens AG.

Электрические  генераторы постоянного тока 

Долгое время электрические генераторы постоянного тока были единственными типом источника электроэнергии.

В обмотке якоря генератора постоянного тока индуктируется переменный ток, который преобразуется в постоянный ток электромеханическим выпрямителем — коллектором. Однако процесс выпрямления тока коллектором связан с повышенным износом коллектора и щеток, особенно при большой частоте вращения якоря генератора.

1– коллектор; 2 – щетки; 3 – магнитные полюса; 4 – витки; 5 – вал; 6 – якорь 

Генераторы постоянного тока различают по характеру их возбуждения — независимого возбуждения и самовозбуждением. В генераторах с электромагнитным возбуждением обмотка возбуждения, располагаемая на главных полюсах, подключается к независимому источнику питания. Генераторы с магнитоэлектрическим возбуждением возбуждаются постоянными магнитами, из которых изготовляются полюсы машины. Генераторы постоянного тока находят применение в тех отраслях промышленности, где по условиям производства предпочтительным является постоянный ток — на предприятиях металлургической и электролизной промышленности, на транспорте, судах и др. Генераторы постоянного тока используются на электростанциях в качестве возбудителей синхронных генераторов и источников постоянного тока.

Мощность генераторов постоянного тока может достигать десятка мегаватт.

Генераторы переменного тока

Генераторы переменного тока позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении. В настоящее время имеется несколько типов индукционных генераторов.

Они состоят из электромагнита или постоянного магнита, создающие магнитное поле, и обмотки, в которой индуцируется переменная ЭДС. Так как ЭДС, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока через каждый виток. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, — в пазах другого. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором.

Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим. Этим обеспечивается наибольшее значение потока магнитной индукции. В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными.

Подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходится при помощи скользящих контактов. Для этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки. Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том же валу.

В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны. Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.

Обмотки возбуждения синхронных генераторов бывают двух типов: с явнополюсными и неявнополюсными роторами. В генераторах с явнополюсными роторами полюса, несущие обмотки возбуждения, выступают из индуктора. Генераторы такого типа рассчитаны на сравнительно низкие частоты вращения, для работы с приводом от поршневых паровых машин, дизельных двигателей, гидротурбин. Паровые и газовые турбины используются для привода синхронных генераторов с неявнополюсными роторами. Ротор такого генератора представляет собой стальную поковку с фрезерованными продольными пазами для витков обмотки возбуждения, которые обычно выполняются в виде медных пластин. Витки закрепляются в пазах, а поверхность ротора шлифуется и полируется для снижения уровня шума и потерь мощности, связанных с сопротивлением воздуха.

Обмотки генераторов по большей части делают трехфазными — на выходных зажимах генератора вырабатываются три синусоидальных напряжения переменного тока, поочередно достигающих своего максимального амплитудного значения. В механике редко встречается подобное сочетание движущихся частей, которые могли бы порождать энергию столь же непрерывно и экономично.

Мощные синхронные генераторы охлаждаются водородом. Современный генератор электрического тока — это внушительное сооружение из медных проводов, изоляционных материалов и стальных конструкций. При размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготовляются с точностью до миллиметра. 

Дополнительная тематическая информация: турбогенераторы

Теория работы индукционного генератора

| www.electriceasy.com

Как и машина постоянного тока, одна и та же асинхронная машина может использоваться в качестве асинхронного двигателя, а также в качестве асинхронного генератора без каких-либо внутренних модификаций. Асинхронные генераторы также называются асинхронными генераторами .
Прежде чем начать объяснять принцип работы асинхронного генератора , я предполагаю, что вы знаете принцип работы асинхронного двигателя. В асинхронном двигателе ротор вращается из-за скольжения (то есть относительной скорости между вращающимся магнитным полем и ротором). Ротор пытается догнать синхронно вращающееся поле статора, но безуспешно. Если ротор догоняет синхронную скорость, относительная скорость будет равна нулю, и, следовательно, ротор не будет испытывать крутящего момента.
Но что, если ротор вращается со скоростью, превышающей синхронную скорость?

Как работают индукционные генераторы?

• Предположим, источник переменного тока подключен к клеммам статора асинхронной машины. Вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, тянет ротор за собой (машина действует как двигатель).
• Теперь, если ротор разгоняется до синхронной скорости с помощью первичного двигателя, скольжение будет равно нулю и, следовательно, чистый крутящий момент будет равен нулю. Ток ротора станет равным нулю, когда ротор работает на синхронной скорости.
• Если ротор вращается со скоростью, превышающей синхронную скорость, скольжение становится отрицательным. Ток ротора генерируется в противоположном направлении из-за того, что проводники ротора пересекают магнитное поле статора.
• Этот генерируемый ток ротора создает вращающееся магнитное поле в роторе, которое давит (воздействует в противоположном направлении) на поле статора. Это вызывает напряжение статора, которое толкает ток, вытекающий из обмотки статора, против приложенного напряжения. Таким образом, машина теперь работает как асинхронный генератор (асинхронный генератор) .

Асинхронный генератор не является самовозбуждающейся машиной. Таким образом, при работе в качестве генератора машина получает реактивную мощность от линии электропередачи переменного тока и отдает активную мощность обратно в линию. Реактивная мощность необходима для создания вращающегося магнитного поля. Активная мощность, подаваемая обратно в линию, пропорциональна проскальзыванию выше синхронной скорости.

Асинхронный генератор с самовозбуждением

Понятно, что асинхронной машине для возбуждения нужна реактивная мощность, независимо от того, работает она как генератор или двигатель. Когда асинхронный генератор подключен к сети, он получает реактивную мощность из сети. Но что, если мы хотим использовать асинхронный генератор для питания нагрузки без использования внешнего источника (например, сети)?
Батарея конденсаторов может быть подключена к клеммам статора для подачи реактивной мощности на машину, а также на нагрузку. Когда ротор вращается с достаточной скоростью, на клеммах статора генерируется небольшое напряжение из-за остаточного магнетизма. Из-за этого небольшого генерируемого напряжения вырабатывается конденсаторный ток, который обеспечивает дополнительную реактивную мощность для намагничивания.

Применение асинхронных генераторов: Асинхронные генераторы производят полезную мощность даже при различных скоростях вращения ротора. Следовательно, они подходят для ветряных турбин.

Преимущества:  Асинхронные или асинхронные генераторы  более надежны и не требуют коллекторно-щеточного устройства (как это необходимо в случае синхронных генераторов).

Одним из основных недостатков асинхронных генераторов является то, что они потребляют довольно большое количество реактивной мощности.

Генераторы постоянного и переменного тока и асинхронные двигатели переменного тока — узнайте

Генераторы постоянного и переменного тока и асинхронные двигатели переменного тока — узнайте

Генераторы 900 58  

Генератор представляет собой устройство, преобразующее механическую кинетическую энергию в электрическую энергия. Структура генератора очень похожа на двигатель, однако функция в основном противоположна:

• Генератор преобразует механическую энергию в электрическую посредством электромагнитной индукции.
• Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую за счет моторного эффекта.

В генераторе относительное движение между катушкой и магнитным полем индуцирует ЭДС в катушке. В небольших генераторах катушка вращается в стационарном магнитном поле, но в более крупных устройствах, таких как электростанции, катушки стационарны, и внутри них вращается магнит, который обычно является электромагнитом. В целях развития нашего понимания генераторов мы рассмотрим вращающуюся катушку внутри стационарного магнитного поля.

Работа генератора

Когда катушка вращается в магнитном поле, величина магнитного потока, проходящего через площадь катушки, изменяется. Этот изменяющийся магнитный поток создает изменяющуюся ЭДС на концах провода. ЭДС индукции в катушке равна , равная по величине скорости, с которой магнитный поток через катушку изменяется во времени.

На приведенной ниже диаграмме показана катушка, вращающаяся в магнитном поле, величина потока через катушку (желтый цвет) и ЭДС индукции (зеленый цвет). Обратите внимание, как ЭДС индукции подчиняется вышеприведенному закону:

Важные моменты для понимания:

• Именно скорость изменения потока определяет ЭДС, а не величина потока, проходящего через катушку
• Величина ЭДС индукции меняется. Он пропорционален скорости изменения потока, проходящего через катушку

.

Генераторы постоянного тока

Генератор постоянного тока имеет структуру, аналогичную двигателю постоянного тока. Двигатель соединяет щетки с клеммами источника питания, а генератор соединяет щетки с клеммами, которые подают ЭДС во внешнюю цепь.

Генераторы постоянного тока производят ЭДС, которая меняется со временем, но сохраняют ток в одном и том же направлении. Генератор постоянного тока состоит из коммутатора с разъемным кольцом, который соединяет вращающуюся катушку с клеммами. Назначение коммутатора состоит в том, чтобы менять направление тока в генераторе на противоположное каждые 180° — это снабжает внешнюю цепь током, текущим в одном направлении — постоянным током. На приведенной ниже диаграмме показан переменный ток, который производит генератор постоянного тока.

Выходной сигнал генератора постоянного тока можно сделать более стабильным, добавив больше катушек на якорь.

Генераторы переменного тока

Генераторы переменного тока имеют переменную ЭДС, индуцированную на концах катушки. Форма графика зависимости ЭДС от времени имеет ту же форму, что и синусоидальный график. ЭДС на концах катушки, вращающейся с постоянной скоростью в магнитном поле, создает переменный ток (AC). При подключении к внешней цепи он будет подавать переменный ток в эту цепь. Переменный ток — это метод доставки крупномасштабной электроэнергии по всему миру благодаря его способности значительно снижать потери мощности за счет использования повышающих и понижающих трансформаторов. Генератор переменного тока подключает катушку к внешней цепи или системе распределения с помощью коммутатора контактных колец. Контактные кольца вращаются вместе с катушкой. Щетки соприкасаются с контактными кольцами и передают ток на клеммы генератора, которые, в свою очередь, подключаются к внешней цепи и нагрузке.

На приведенной ниже диаграмме показан переменный ток, вырабатываемый генератором переменного тока.

Выходной сигнал генератора переменного тока можно сделать более стабильным, добавив больше катушек на якорь. Это называется трехфазным переменным током и генерируется на электростанциях для распределения.

Определение полярности

Важно уметь определять направление индуцированного тока в генераторе в любой момент времени, а также полярность клемм. * Примечание:  Направление и, следовательно, полярность можно определить только в любой момент в генераторе переменного тока, поскольку эти факторы постоянно меняются по мере вращения катушки.

Рассмотрим схему ниже:

• На катушку действует механическая сила, которая вращает ее по часовой стрелке
• Закон Ленца гласит, что индуцируется ток, противодействующий движению, вызвавшему его
• Используя правило ладони правой руки и учитывая сторону LK (пальцы указывают направление магнитного поля с севера на юг, ладонь указывает направление противодействующей силы вниз, большой палец указывает направление условного тока, идущего от L к K)

• Отрицательные заряды перемещаются в противоположном направлении и накапливаются на терминале А

• Клемма А обеспечивает источник электронов для внешней цепи и поэтому является отрицательной клеммой
• Клемма B принимает электроны, когда они перемещаются по внешней цепи, и поэтому является положительной клеммой

*Примечание:  Студенты часто делают вывод, что клемма B отрицательна, так как электроны перемещаются от B к A через генератор. Однако целью генератора является создание ЭДС и питание внешней цепи — движение заряда во внешней цепи — лучший способ запомнить и определить полярность.

Асинхронные двигатели переменного тока

Асинхронный двигатель переменного тока состоит из статора, создающего внешнее магнитное поле, в котором вращается ротор. Ротор асинхронного двигателя переменного тока состоит из ряда проводников (металлических стержней) и вращается вокруг оси вала двигателя.

Ротор асинхронного двигателя переменного тока широко известен как ротор с короткозамкнутым ротором. Он состоит из ряда токопроводящих стержней, изготовленных из алюминия или меди. Они прикреплены к двум кольцам на обоих концах стержней. Концевые кольца «коротко замыкают» стержни и позволяют току течь с одной стороны клетки на другую.

Асинхронный двигатель переменного тока работает за счет создания вращающегося магнитного поля. Статор асинхронного двигателя переменного тока состоит из пар электромагнитов.