जनरेटर डिजाइन और संचालन के सिद्धांत। तीन-चरण जनरेटर - संचालन और उसके उपकरण का सिद्धांत

जो जनरेटर से अपरिचित है, हम समझाते हैं कि यह एक कुल है जिसमें एक प्रकार की ऊर्जा से दूसरे को प्राप्त किया जाता है। और, अधिक सटीक, यांत्रिक विद्युत से। एक ही समय में, ये डिवाइस प्रत्यक्ष वर्तमान और वैकल्पिक चालू दोनों उत्पन्न कर सकते हैं। बीसवीं शताब्दी के मध्य तक, डीसी जनरेटर मुख्य रूप से उपयोग किए गए थे। ये बड़ी मशीनें थीं जो बहुत अच्छी तरह से काम नहीं करती थीं। सेमीकंडक्टर प्रकार के डायोड के बाजार पर उपस्थिति ने तीन-चरण अल्टरनेटर का आविष्कार करने की अनुमति दी। डायोड बारी-बारी करंट को ठीक करने की अनुमति देते हैं।

संचालन का सिद्धांत

तीन-चरण जनरेटर फैराडे कानून, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के कानून पर आधारित है, जो बताता है कि एक इलेक्ट्रोमोटिव बल आवश्यक रूप से एक घूर्णन आयताकार फ्रेम में प्रेरित किया जाएगा जो दो मैग्नेट के बीच स्थापित होता है। यह एक आरक्षण करता है कि मैग्नेट एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र बनाएगा। रोटेशन और फ्रेम की दिशा, और चुंबकीय क्षेत्र जरूरी संयोग से। लेकिन इलेक्ट्रोमोटिव बल इस घटना में पैदा होगा कि फ्रेम स्थिर रहता है, और इसके अंदर चुंबक को घुमाता है।

यह समझने के लिए कि जनरेटर कैसे काम करता है, नीचे दिए गए आंकड़े पर ध्यान दें। यह उनके काम की सबसे सरल योजना है।

यहां आप विभिन्न ध्रुवों, फ्रेम, शाफ्ट और कलेक्टर के छल्ले के साथ मैग्नेट को स्पष्ट रूप से देख सकते हैं, जिसका उपयोग वर्तमान को मोड़ने के लिए किया जाता है।

बेशक, यह सिर्फ एक योजना है, हालांकि प्रयोगशाला जनरेटर इस तरह से बनाए गए थे। व्यवहार में, पारंपरिक मैग्नेट को इलेक्ट्रोमैग्नेट द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। उत्तरार्द्ध तांबा घुमावदार या प्रेरक है। जब एक विद्युत प्रवाह इससे गुजरता है, तो आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र बनता है। ऐसे जनरेटर सभी कारों (उदाहरण के लिए) में स्थापित किए जाते हैं, उन्हें शुरू करने के लिए, हुड के नीचे एक बैटरी स्थापित की जाती है, अर्थात, प्रत्यक्ष वर्तमान का एक स्रोत। जनरेटर के कुछ मॉडल स्व-उत्तेजना के सिद्धांत पर या कम-शक्ति जनरेटर का उपयोग करके लॉन्च किए जाते हैं।

जाति

वर्गीकरण ऑपरेशन के सिद्धांत पर आधारित है, इसलिए इन एसी इकाइयों को दो वर्गों में विभाजित किया गया है:

• अतुल्यकालिक। ये सबसे विश्वसनीय, आकार और वजन में छोटे, डिज़ाइन जनरेटर में सरल हैं। वे ओवरलोड और शॉर्ट सर्किट के साथ एक उत्कृष्ट काम करते हैं। हालांकि, यह ध्यान रखना आवश्यक है कि यह प्रजाति तुरंत विफल हो जाती है, अगर एक बड़ा अधिभार उस पर कार्य करता है। उदाहरण के लिए, बिजली के उपकरणों की शुरुआती धारा। इसलिए, इस तथ्य को ध्यान में रखना आवश्यक है, जिसके लिए स्टार्ट-अप पर उपकरणों की बिजली की खपत से तीन या चार गुना अधिक की क्षमता के साथ एक जनरेटर का अधिग्रहण करना आवश्यक है।
• तुल्यकालिक। लेकिन इस तरह के आसानी से अल्पकालिक भार के साथ मुकाबला होता है। ऐसा जनरेटर हर पांच या छह बार एक बार ओवरलोड का सामना कर सकता है। सच है, यह अतुल्यकालिक वेरिएंट की तुलना में उच्च विश्वसनीयता में भिन्न नहीं है, इसके अलावा यह बड़े आकार और द्रव्यमान का मालिक है।

बेशक, इस विभाजन में इकाई के संचालन का सिद्धांत निहित है। लेकिन अन्य मापदंड हैं।

• एकल चरण
• दो चरण।
• तीन चरण।
• मल्टीफ़ेज़ (आमतौर पर छह चरण)।
• वेल्डिंग।
• रैखिक।
• प्रेरण।
• स्टेशनरी।
• पोर्टेबल।

तीन चरण जनरेटर डिवाइस

सिद्धांत रूप में, तीन-चरण अल्टरनेटर का उपकरण काफी सरल है। यह एक ऐसा मामला है जिसमें विपरीत पक्षों पर दो कवर हैं। उनमें से प्रत्येक में वेंटिलेशन के लिए छेद हैं। कवर में बीयरिंग के लिए niches हैं जिसमें शाफ्ट घूमता है। शाफ्ट के सामने के छोर पर एक स्थानांतरण तत्व घुड़सवार है। उदाहरण के लिए, एक कार वैकल्पिक पर एक चरखी लगाई जाती है, जिसके माध्यम से एक आंतरिक दहन इंजन से एक जनरेटर तक रोटेशन प्रसारित होता है। शाफ्ट के विपरीत छोर पर एक विद्युत प्रवाह प्रसारित किया जाता है, क्योंकि इस मामले में शाफ्ट एक घुमावदार के साथ एक विद्युत चुंबक के रूप में कार्य करता है।

स्थानांतरण ग्रेफाइट ब्रश और कलेक्टर के छल्ले (वे तांबे से बने होते हैं) के माध्यम से किया जाता है। ब्रश एक विद्युत नियंत्रक से जुड़े होते हैं (वास्तव में, यह एक सामान्य रिले है), जो आवश्यक विचलन के साथ 12 वोल्ट की आपूर्ति वोल्टेज को नियंत्रित करता है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि रिले वोल्टेज में वृद्धि या कमी नहीं करता है, यह शाफ्ट के रोटेशन की गति पर निर्भर करता है।

इसलिए अगर हम तीन-चरण के विकल्प के बारे में बात करते हैं, तो ये तीन ऐसे एकल-चरण हैं। केवल तीन-चरण इकाई में रोटर (शाफ्ट) पर घुमावदार नहीं है, लेकिन स्टेटर में है। और तीन ऐसी वाइंडिंग्स हैं जिन्हें चरण में एक दूसरे के सापेक्ष स्थानांतरित किया जाता है। शाफ्ट, पहले निर्माण में, एक इलेक्ट्रोमैग्नेट के कार्यों को करता है, जो स्लाइडिंग संपर्कों के माध्यम से प्रत्यक्ष वर्तमान द्वारा संचालित होता है।

शाफ्ट का घुमाव घुमावदार में एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। इलेक्ट्रोमोटिव बल को प्रेरित किया जाना शुरू हो जाता है जब वाइंडिंग का चुंबकीय क्षेत्र रोटर को काटता है। और चूंकि वाइंडिंग स्टेटर पर सममित रूप से स्थित होते हैं, अर्थात, प्रत्येक 120 then, फिर, क्रमशः, इलेक्ट्रोमोटिव बल का आयाम आयाम समान होगा।

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अल्टरनेटर - यह क्या है? यह एक इलेक्ट्रिक मशीन है जो मैकेनिकल इंटरैक्शन की ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करती है। वह कैसे काम करती है? एक विकल्प के रूप में इस तरह के डिवाइस के संचालन के सिद्धांतों के लिए विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का कानून मौलिक है। जैसा कि विद्युत चुंबकत्व के नियमों से जाना जाता है, एक इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) को केवल कुछ मामलों में प्रेरित (उत्पन्न) किया जा सकता है: जब चुंबकीय प्रवाह के पैरामीटर कंडक्टर के चारों ओर बदल जाते हैं या जब कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्रों में चलता है। चुंबकीय क्षेत्र एक भौतिक माध्यम है जो विशेष रूप से अनुभवजन्य (अनुभवजन्य) पाया जा सकता है। यही है, अपनी संभावित कार्रवाई के क्षेत्र में ऐसे बल क्षेत्र की उपस्थिति या अनुपस्थिति की पहचान करने के लिए, एक वर्तमान या चुंबकित शरीर के साथ एक कंडक्टर को पेश करना आवश्यक है।

जनरेटर के लक्षण

एक अल्टरनेटर जैसे डिवाइस में, मुख्य भाग एक इलेक्ट्रोमैग्नेट द्वारा कब्जा कर लिया जाता है। इसमें फेरिमैग्नेटिक कोर और कॉइल होते हैं और इसे चुंबकीय प्रवाह बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। ऐसी मशीनों पर लागू होने वाली मूलभूत आवश्यकताओं का एक सेट है: रोटेशन रेंज 50 से 12000 क्रांतियों प्रति मिनट, संभावित कैपेसिटी की व्यापक रेंज (कई वाटों से सैकड़ों मेगावाट तक), न्यूनतम वजन और आयाम, उच्च विश्वसनीयता और प्रदर्शन।

तीन चरण अल्टरनेटर

आमतौर पर ऐसी मशीन सिंक्रोनस होती है। इसका मुख्य कार्य किसी भी प्रकार की ऊर्जा को बिजली में बदलना है। परंपरागत रूप से, यह यांत्रिक ऊर्जा है। एक अल्टरनेटर को सिंक्रोनस क्यों कहा जाता है? यह एक ऐसी ब्रशलेस मशीन है, जिसकी घूर्णन गति स्थिर होती है और किसी आवृत्ति पर ध्रुवों की संख्या द्वारा निर्धारित की जाती है। अल्टरनेटर ने उत्पादन और रेल परिवहन में एक बड़ा प्रसार प्राप्त किया। यह रोटेशन के समकालिकता के कारण है इसका उपयोग प्रशीतित वर्गों और डीजल इंजनों में किया जाता है।

अल्टरनेटर: डिवाइस और ऑपरेशन के बुनियादी सिद्धांत

यदि आप रोटर और प्रारंभ करनेवाला को घुमाते हैं, तो स्टेटर ईएमएफ की विंडिंग में प्रेरित किया जाएगा। यह घटना तीन-चरण और एकल-चरण मशीनों दोनों के संचालन का आधार है। डीजल इंजनों में व्यापक आवेदन के कारण, इस तरह के कर्षण तुल्यकालिक जनरेटर में प्राथमिक इंजन एक डीजल (आंतरिक दहन इंजन) भी हो सकता है। अल्टरनेटर का निश्चित हिस्सा स्टेटर है, जिसमें एक कोर और एक आवास होता है।

  स्टेटर के खांचे में एक घुमावदार डाला जाता है, जिसके कारण ईएमएफ प्रेरित होता है। कोर को विशेष विद्युत स्टील के दबाए गए चादरों से इकट्ठा किया जाता है। रोटर एक शाफ्ट है जिस पर जनरेटर पोल के कोर तय किए जाते हैं। उज्ज्वल और कमजोर रूप से व्यक्त पोल हैं। घुमावदार तांबे के तारों से बना होता है, आमतौर पर गोल या आयताकार खंड। घुमावदार छोरों के छोर स्लिप रिंग होते हैं। ब्रश धारकों में स्थापित ब्रश की मदद से, जो स्प्रिंग्स के साथ संपर्क सतहों पर दबाए जाते हैं, वर्तमान संग्रह किया जाता है। सरल डिजाइन को देखते हुए, अपने हाथों से एक अल्टरनेटर बनाना काफी संभव है। इसके संचालन का सिद्धांत अत्यंत सरल है। रोटर इंजन के साथ घूमता है। रोटर का चुंबकीय क्षेत्र इसके साथ घूमता है। यह इस सिद्धांत पर है कि अल्टरनेटर काम करता है।

न तो इंजन और न ही कार सिद्धांत रूप में बिजली के बिना कर सकती थी। कारों के इलेक्ट्रिक उपकरण अधिक से अधिक जटिल और विकासशील होते जा रहे हैं, लेकिन कई मुख्य उपकरणों के डिजाइन स्थिर रहते हैं - यह एक बैटरी और एक वर्तमान जनरेटर है, जो एक निश्चित नाममात्र मूल्य और स्थिर बैटरी चार्जिंग के स्थिर वर्तमान के साथ ऑनबोर्ड सिस्टम प्रदान करना आवश्यक है।

  वाहन जनरेटर आवश्यकताएँ

जनरेटर का मुख्य कार्य न केवल वर्तमान की पीढ़ी है, बल्कि क्रैंकशाफ्ट के रोटेशन की आवृत्ति की परवाह किए बिना, अपने निरंतर मापदंडों को सुनिश्चित करना है, जो जनरेटर को गति में सेट करता है। यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है कि बैटरी कम इंजन की गति से न टूटे, और उच्च गति पर बैटरी को ओवरचार्ज करने से बचने के लिए आवश्यक है। वोल्टेज की स्थिरता के अलावा और वर्तमान में कम संवेदनशील लैंप, एलईडी, विद्युत उपकरण नहीं हैं, खासकर आधुनिक तकनीकी रूप से परिष्कृत कारों में।

जनरेटर को न केवल एक स्थिर वर्तमान देना चाहिए, बल्कि उच्च तापमान, कंपन और नमी के लिए टिकाऊ होना चाहिए, और एक निश्चित गंदगी से सुरक्षा होनी चाहिए, क्योंकि यह इंजन डिब्बे में स्थापित है, जहां काम करने की स्थिति बहुत अस्थिर है। लगभग सभी आधुनिक कारों में अल्टरनेटर के संचालन का डिज़ाइन और सिद्धांत समान हैं।

  आधुनिक जनरेटर के प्रकार

आधुनिक कारों के निर्माता विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के एकीकृत सिद्धांत का उपयोग करते हुए काम करते हैं। जटिल शारीरिक प्रक्रियाओं में जाने के बिना, हम ध्यान देते हैं कि जनरेटर चल रहे इंजन के क्रैंकशाफ्ट से ली गई यांत्रिक ऊर्जा को चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तित करता है, और जनरेटर के उत्पादन में उनकी बातचीत के परिणामस्वरूप, उपभोक्ता को कड़ाई से निर्दिष्ट वोल्टेज, विद्युत और आवृत्ति की बिजली प्राप्त होती है।

लेकिन एक चुंबकीय क्षेत्र के गठन के लिए, आपको कॉइल पर एक निश्चित वोल्टेज होना चाहिए। उत्तेजना के प्रकार से जनरेटर हैं:

स्थायी मैग्नेट पर;

स्व-उत्साहित जब उत्तेजना के लिए विद्युत प्रवाह स्वयं जनरेटर के परिणामस्वरूप बनता है;

बिजली के थर्ड-पार्टी स्रोत से करंट की आपूर्ति होने पर मजबूर उत्तेजना।

डीसी और एसी जनरेटर भी हैं। आधुनिक कारों में केवल अंतिम प्रकार के जनरेटर का उपयोग किया जाता है।

  जनरेटर डिजाइन और संचालन

प्रत्येक जनरेटर में दो मुख्य भाग होते हैं - एक प्रारंभ करनेवाला, जिसमें एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनाया जाता है, और एक लंगर, जो विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। जनरेटर के निश्चित भाग को स्टेटर कहा जाता है, और जंगम भाग, जो प्रारंभ करनेवाला है, रोटर कहा जाता है। एसी जनरेटर तीन-चरण घुमावदार स्टेटर से सुसज्जित हैं, जबकि डीसी जनरेटर में एकल-चरण घुमावदार है, जिसके कारण यह आकार और वजन में बड़ा है। यह इस कारण से है कि डिजाइनरों को डीसी उपकरणों को छोड़ने के लिए मजबूर किया गया था, हालांकि अल्टरनेटर को वोल्टेज स्थिरीकरण और एसी से डीसी में रूपांतरण की आवश्यकता होती है।

प्रत्यावर्ती धारा को प्रत्यक्ष धारा में स्थिर और परिवर्तित करने के लिए, तीन एकल-चरण स्टेबलाइजर्स, एक स्टार या डेल्टा सर्किट में जुड़े तीन वाइंडिंग को लागू करना आवश्यक है। विंडिंग, चरण, 120 डिग्री तक एक-दूसरे से ऑफसेट होते हैं, लेकिन एक अलग प्रकार के वाइंडिंग कनेक्शन के साथ, आप अलग-अलग आउटपुट करंट प्राप्त कर सकते हैं। शक्ति और स्थिरता में भिन्न। आयातित तुल्यकालिक जनरेटर में, कभी-कभी एक त्रिकोणीय कनेक्शन का उपयोग किया जाता है। वोल्टेज कम स्थिर है, लेकिन एक पतले तार को हवा देना संभव है, जिससे पूरे डिवाइस की कीमत, आकार और वजन कम हो जाएगा। जब एक तारे से जुड़ा होता है, तो तार को एक पतली तार के साथ हवा देना भी संभव है, लेकिन प्रत्येक घुमावदार को एक ही तारे की योजना के अनुसार जुड़े हुए दो पतली घुमावों से बना होना चाहिए।

  वर्तमान को सीधा और स्थिर कैसे करें

जनरेटर का वर्तमान उत्पादन स्थिर होना चाहिए और विभिन्न निर्माता विभिन्न तरीकों से इस समस्या को हल करते हैं। तीन-चरण वायरिंग आरेख के लिए सुधारक में जनरेटर के सकारात्मक टर्मिनल और वाहन द्रव्यमान से जुड़े छह अर्धचालक डायोड होने चाहिए। यदि जनरेटर की शक्ति को बढ़ाने के लिए आवश्यक है, तो यह आवश्यक है कि रेक्टिफायर पर एक अतिरिक्त हाथ स्थापित किया जाए और इसे तारों के घुमावदार कनेक्शन के शून्य आउटपुट से जोड़ा जाए। त्रिकोणीय पैटर्न इस तरह की संभावना का संकेत नहीं देता है।

का इतिहास

विद्युत धारा के चुंबकीय प्रेरण की खोज के बाद से प्रत्यावर्ती धारा उत्पन्न करने वाले सिस्टम को सरल रूपों में जाना जाता है। शुरुआती मशीनों को माइकल फैराडे और हिप्पोलाइट पिक्सी जैसे अग्रदूतों द्वारा डिजाइन किया गया था।

फैराडे ने एक "घूर्णन त्रिकोण" विकसित किया, जिसकी क्रिया थी बहुध्रुवीय  - प्रत्येक सक्रिय कंडक्टर को उस क्षेत्र के माध्यम से क्रमिक रूप से पारित किया गया था जहां चुंबकीय क्षेत्र विपरीत दिशाओं में था। सबसे शक्तिशाली "अल्टरनेटर सिस्टम" का पहला सार्वजनिक प्रदर्शन 1886 में हुआ था। 1882 में ब्रिटिश इलेक्ट्रीशियन जेम्स एडवर्ड हेनरी गॉर्डन द्वारा एक बड़े दो-चरण के अल्टरनेटर का निर्माण किया गया था। लॉर्ड केल्विन और सेबस्टियन फेरेंटी ने एक शुरुआती अल्टरनेटर भी विकसित किया, जो 100 और 300 हर्ट्ज के बीच आवृत्तियों का उत्पादन करता है। 1891 में, निकोला टेस्ला ने एक व्यावहारिक "हाई-फ़्रीक्वेंसी" अल्टरनेटर (जो लगभग 15,000 हर्ट्ज़ की आवृत्ति पर संचालित होता है) का पेटेंट कराया। 1891 के बाद, मल्टीफ़ेज़ अल्टरनेटर पेश किए गए थे।

जनरेटर के संचालन का सिद्धांत विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की कार्रवाई पर आधारित है - स्टेटर वाइंडिंग में एक विद्युत वोल्टेज की उपस्थिति, जो एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र में है। यह एक घूर्णन इलेक्ट्रोमैग्नेट की मदद से बनाया गया है - एक रोटर जब डीसी इसकी घुमावदार के माध्यम से गुजर रहा है। एसी वोल्टेज एक निरंतर सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर में परिवर्तित हो जाता है।

कार जनरेटर

कार अल्टरनेटर। ड्राइव बेल्ट हटा दिया।

अल्टरनेटर का उपयोग आधुनिक कारों पर बैटरी चार्ज करने और ऑटोमोटिव इलेक्ट्रिकल सिस्टम को बिजली देने के लिए किया जाता है। अल्टरनेटर में, एक स्विच का उपयोग नहीं किया जाता है, यह प्रत्यक्ष वर्तमान जनरेटर पर एक महान लाभ देता है: वे सरल, आसान और सस्ता हैं। ऑटोमोटिव अल्टरनेटर एक करंट किट (डायोड ब्रिज) का उपयोग करते हैं ताकि प्रत्यावर्ती धारा को प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित किया जा सके। कम तरंग के साथ डीसी उत्पादन के लिए, मोटर वाहन अल्टरनेटरों में तीन-चरण घुमावदार और तीन-चरण सुधारक होते हैं।

आधुनिक मोटर वाहन अल्टरनेटर में अंतर्निहित वोल्टेज नियामक है। पहले से स्थापित वोल्टेज नियामकों केवल एनालॉग प्रकार। फिलहाल, रिले नियामकों ने तथाकथित CAN बस डिजिटल चैनल पर स्विच कर लिया है।

मरीन अल्टरनेटर

नमक-पानी के वातावरण में उपयुक्त अनुकूलन के साथ नौकाओं में समुद्री अल्टरनेटर।

ब्रश रहित अल्टरनेटर

ब्रशलेस जनरेटर में एक ही शाफ्ट पर दो जनरेटर होते हैं। छोटे ब्रशलेस जनरेटर एक इकाई की तरह लग सकते हैं, लेकिन बड़े जनरेटर पर दो भागों को आसानी से पहचाना जाता है। दो में से अधिकांश मुख्य जनरेटर हैं और एक छोटा कारक है। प्रेरक एजेंट में क्षेत्र के स्थिर कॉइल और एक घूर्णन आर्मेचर (कॉइल्स की शक्ति) होती है। मुख्य जनरेटर एक घूर्णन क्षेत्र और स्थिर कॉइल के साथ विपरीत कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करता है। एक ब्रिज रेक्टिफायर (रोटेटिंग रेक्टिफायर) रोटर से जुड़ी प्लेट पर लगा होता है। न तो ब्रश और न ही स्लिप रिंग का उपयोग किया जाता है, जिससे पहनने वाले भागों की संख्या कम हो जाती है।

प्रेरण जनरेटर

अन्य जनरेटर के विपरीत, एक इंडक्शन जनरेटर का संचालन एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र नहीं है, लेकिन एक स्पंदित होता है, दूसरे शब्दों में, फ़ील्ड विस्थापन के कार्य के रूप में नहीं बदलता है, लेकिन समय के एक फ़ंक्शन के रूप में, जो अंततः ईएमएफ को इंगित करता है, वही परिणाम देता है।

प्रेरण जनरेटर का डिज़ाइन स्टेटर पर EMF को लक्षित करने के लिए एक निरंतर क्षेत्र और कॉइल दोनों के प्लेसमेंट को मानता है, जबकि रोटर घुमावदार से मुक्त रहता है, लेकिन इसमें आवश्यक रूप से एक दाँतेदार आकार होता है, क्योंकि सभी जनरेटर का काम रोटर के दाँतेदार हार्मोनिक्स पर आधारित होता है।

छोटी ऊर्जा के लिए जनरेटर

100 किलोवाट तक की शक्तियों के लिए, स्थायी मैग्नेट से उत्तेजना वाले एकल और तीन चरण के जनरेटर को व्यापक आवेदन मिला है। नियोडिमियम-आयरन-बोरॉन रचना के उच्च-ऊर्जा स्थायी मैग्नेट के उपयोग ने डिजाइन को सरल बनाना और जनरेटर के आकार और वजन को काफी कम करना संभव बना दिया, जो कि छोटी पवन ऊर्जा के लिए महत्वपूर्ण है।

अल्टरनेटर डिजाइन

सबसे सामान्य मामले में, सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले तीन-चरण अल्टरनेटर में एक जोड़ी ध्रुव (कम-शक्ति खुलासा करने वाले जनरेटर) के साथ एक ध्रुवीय पोल रोटर होता है या उनमें से 2 जोड़े स्थित क्रॉसवर्ड (कई सौ किलोवाट तक की क्षमता वाले सबसे आम जनरेटर। यह डिज़ाइन न केवल अधिक कुशल उपयोग की अनुमति देता है। सामग्री, लेकिन वैकल्पिक रूप से 50 हर्ट्ज की वर्तमान आवृत्ति की औद्योगिक आवृत्ति के लिए प्रति मिनट 1500 क्रांतियों का एक ऑपरेटिंग रोटर गति देता है, जो डीजल इंजन के कर्षण गति के साथ अच्छा समझौता है इस शक्ति के इंजन), साथ ही 3 (पहले मामले में) या 6 (दूसरे में) पावर विंडिंग और पोल के साथ एक स्टेटर। पावर वाइंडिंग्स से वोल्टेज वह है जो उपभोक्ता को आपूर्ति की जाती है।

रोटर स्थायी मैग्नेट पर केवल बहुत कम बिजली जनरेटर के लिए बनाया जा सकता है, अन्य सभी मामलों में यह एक तथाकथित घुमावदार है। फ़ील्ड वाइंडिंग्स, यानी एक डीसी इलेक्ट्रोमैग्नेट, जो कि एक साधारण-रिंग संपर्कों के साथ ब्रश-कलेक्टर यूनिट के माध्यम से एक घूर्णन रोटर में संचालित होता है, डीसी मशीनों के एक विभाजित लामेला कलेक्टर की तुलना में पहनने के लिए अधिक प्रतिरोधी होता है।

रोटर पर एक उत्तेजना घुमावदार के साथ किसी भी शक्तिशाली अल्टरनेटर में, अनिवार्य रूप से सवाल उठता है - कुंडल पर कितना उत्तेजना का प्रवाह लागू किया जाना चाहिए? आखिरकार, ऐसे जनरेटर का आउटपुट वोल्टेज इस पर निर्भर करता है। और इस वोल्टेज को कुछ सीमाओं के भीतर बनाए रखा जाना चाहिए, उदाहरण के लिए, 380 वोल्ट, उपभोक्ता सर्किट में वर्तमान की परवाह किए बिना, एक महत्वपूर्ण मूल्य जो जनरेटर के आउटपुट वोल्टेज को भी काफी कम कर सकता है। इसके अलावा, सामान्य तौर पर चरणों पर भार बहुत असमान हो सकता है।

इस मुद्दे को आधुनिक जनरेटर में हल किया जाता है, एक नियम के रूप में, एक त्रिकोण के माध्यमिक वाइंडिंग्स द्वारा जुड़े विद्युत चुम्बकीय वर्तमान ट्रांसफार्मर को पेश करके या चरणों के आउटपुट सर्किट में एक स्टार और एक से दस वोल्ट के आयाम के साथ एक आउटपुट तीन-चरण वैकल्पिक वोल्टेज देता है, जो कड़ाई से आनुपातिक है और चरणों के वर्तमान भार के साथ चरण में है जेनरेटर - किसी करंट के लिए दिए गए फेज में जितना अधिक करंट होता है, संबंधित करंट ट्रांसफॉर्मर के संबंधित फेज के आउटपुट में उतना अधिक वोल्टेज होता है। यह स्थिर और ऑटो-विनियमन प्रभाव प्राप्त किया जाता है। वर्तमान ट्रांसफॉर्मर की माध्यमिक वाइंडिंग से सभी तीन नियंत्रण चरणों को फिर 6 सेमीकंडक्टर डायोड के एक पारंपरिक 3-चरण रेक्टिफायर को खिलाया जाता है, और आउटपुट पर यह वांछित मूल्य का एक निरंतर वर्तमान उत्पन्न करता है, और ब्रश-कलेक्टर इकाई के माध्यम से रोटर के उत्तेजना विंडिंग को खिलाया जाता है। उत्तेजना उत्तेजना को नियंत्रित करने में कुछ स्वतंत्रता के लिए सर्किट को रिओस्टेट यूनिट के साथ पूरक किया जा सकता है।

पुराने या कम-पावर जनरेटर में, वर्तमान ट्रांसफॉर्मर के बजाय, उच्च-शक्ति प्रतिरोधों की एक प्रणाली का उपयोग किया गया था, जिसमें प्रतिरोध के पार वोल्टेज ड्रॉप में परिवर्तन के कारण काम करने की उत्तेजना की उत्तेजना के साथ वर्तमान के माध्यम से बदल दिया गया था। ये योजनाएँ कम सटीक थीं और बहुत कम किफायती थीं।

दोनों मामलों में, जनरेटर के पावर वाइंडिंग्स पर प्रारंभिक वोल्टेज के प्रकट होने की समस्या है - वास्तव में, अगर अभी तक कोई उत्तेजना नहीं है, तो वर्तमान बिजली मीटर की माध्यमिक वाइंडिंग में वर्तमान को लेने के लिए कोई जगह नहीं है। समस्या, हालांकि, इस तथ्य से हल हो जाती है कि रोटर योक के लोहे में अवशिष्ट चुम्बकीयकरण की एक निश्चित क्षमता है, यह अवशिष्ट चुम्बकीयकरण बिजली के घुमाव में कई वोल्ट के वोल्टेज को उत्तेजित करने के लिए पर्याप्त है, जनरेटर के आत्म-उत्तेजना और इसके प्रदर्शन के लिए पर्याप्त है।

स्व-उत्तेजित जनरेटर में, एक गंभीर खतरा एक औद्योगिक विद्युत नेटवर्क से स्टेटर पावर वाइंडिंग के लिए बाहरी वोल्टेज का आकस्मिक अनुप्रयोग है। यद्यपि यह स्वयं जनरेटर वाइंडिंग के लिए कोई नकारात्मक परिणाम नहीं देता है, बाहरी नेटवर्क से शक्तिशाली वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र प्रभावी रूप से स्टेटर को विघटित करता है, जिसके परिणामस्वरूप जनरेटर आत्म-उत्तेजना की अपनी क्षमता खो देता है। इस मामले में, कुछ बाहरी स्रोत, जैसे कि कार की बैटरी से उत्तेजना वोल्टेज की प्रारंभिक आपूर्ति, कभी-कभी आवश्यक होती है; यह प्रक्रिया कभी-कभी स्टेटर को पूरी तरह से ठीक कर देती है, लेकिन कुछ मामलों में, बाहरी उत्तेजना को लागू करने की आवश्यकता हमेशा के लिए बनी रहती है।

मुख्य अल्टरनेटर

मुख्य जनरेटर में एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र होता है, जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, और निश्चित आर्मेचर (जनरेटर विंडिंग)

हाइब्रिड कारें

यह भी देखें

संदर्भ

• अल्टरनेटर। एकीकृत प्रकाशन (TPub.com)।
• लकड़ी के कम-आरपीएम अल्टरनेटर। ForceField, Fort Collins, Colorado, USA।

प्रेरण अल्टरनेटर।  इंडक्शन अल्टरनेटर में, यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। एक इंडक्शन जनरेटर में दो भाग होते हैं: एक मूविंग एक, जिसे रोटर कहा जाता है, और एक निश्चित भाग, जिसे स्टेटर कहा जाता है। जनरेटर की कार्रवाई विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना पर आधारित है। प्रेरण जनरेटर में एक अपेक्षाकृत सरल उपकरण है और आपको पर्याप्त रूप से उच्च वोल्टेज पर उच्च धाराओं को प्राप्त करने की अनुमति देता है। वर्तमान में, कई प्रकार के प्रेरण जनरेटर हैं, लेकिन वे सभी एक ही मूल भागों से मिलकर होते हैं। यह, सबसे पहले, एक इलेक्ट्रोमैग्नेट या एक स्थायी चुंबक है, जो एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, और दूसरी बात, श्रृंखला-जुड़े घुमावों से मिलकर एक घुमावदार होता है जिसमें एक चर इलेक्ट्रोमोटिव बल प्रेरित होता है। चूँकि क्रमिक रूप से जुड़े घुमावों में प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बलों को जोड़ा जाता है, इसलिए घुमावदार में प्रेरण के इलेक्ट्रोमोटिव बल का आयाम इसमें घुमावों की संख्या के लिए आनुपातिक होता है।

अंजीर। 6.9

प्रत्येक मोड़ की अनुमति देने वाली बल की पंक्तियों की संख्या अधिकतम मान से लगातार बदलती रहती है, जब यह पूरे क्षेत्र में स्थित होती है, शून्य तक, जब बल की रेखाएं कुंडल के साथ स्लाइड करती हैं। नतीजतन, जब कुंडली को चुंबक के ध्रुवों के बीच घुमाया जाता है, तो हर अर्ध-मोड़, धारा के विपरीत दिशा बदल जाती है और कुंडल में एक प्रत्यावर्ती धारा दिखाई देती है। स्लाइडिंग संपर्कों का उपयोग करके वर्तमान को बाहरी सर्किट में बदल दिया जाता है। इस प्रयोजन के लिए, घुमावदार छोरों से जुड़े संपर्क के छल्ले घुमावदार अक्ष पर तय किए जाते हैं। फिक्स्ड प्लेट्स - ब्रश - को छल्ले में दबाया जाता है और बाहरी सर्किट (चित्र। 6.9) के साथ घुमावदार के कनेक्शन को पूरा करता है।

एक निरंतर कोणीय वेग के साथ एकल चुंबकीय क्षेत्र में तार का तार टूट जाता है। कॉइल को भेदने वाला चुंबकीय प्रवाह कानून के अनुसार अलग-अलग होता है एस  - कुंडल क्षेत्र। फैराडे कानून के अनुसार, एक इलेक्ट्रोमोटिव इंडक्शन फोर्स को घुमावदार में प्रेरित किया जाता है, जिसे निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:

जहाँ एन  - घुमावदार में घुमावों की संख्या। इस प्रकार, घुमावदार में प्रेरण का इलेक्ट्रोमोटिव बल sinusoidally में भिन्न होता है और घुमावदार में घुमावों की संख्या और रोटेशन की आवृत्ति के लिए आनुपातिक होता है।

घूर्णन घुमावदार के साथ प्रयोग में, स्टेटर एक चुंबक और संपर्क होता है, जिसके बीच घुमावदार रखा जाता है। बड़े औद्योगिक जनरेटर में, एक इलेक्ट्रोमैग्नेट घूमता है, जो एक रोटर है, जबकि विंडिंग जिसमें इलेक्ट्रोमोटिव बल प्रेरित होता है, को स्टेटर के स्लॉट में रखा जाता है और स्थिर रहता है। थर्मल पावर प्लांट में, रोटर को घुमाने के लिए भाप टरबाइन का उपयोग किया जाता है। टर्बाइन, बदले में, कोयला या गैस (थर्मल पावर प्लांट) या एक पदार्थ (परमाणु ऊर्जा संयंत्रों) के अपघटन द्वारा जल वाष्प बॉयलर में उत्पादित जल वाष्प के जेट द्वारा घुमाए जाते हैं। पनबिजली स्टेशनों पर, रोटर को घुमाने के लिए पानी के टरबाइन का उपयोग किया जाता है, जो पानी के साथ एक महान ऊंचाई से गिरता है।

जेनरेटर हमारी तकनीकी सभ्यता के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, क्योंकि वे हमें एक स्थान पर ऊर्जा प्राप्त करने और दूसरे में इसका उपयोग करने की अनुमति देते हैं। एक भाप इंजन, उदाहरण के लिए, जलने वाले कोयले की ऊर्जा को उपयोगी कार्य में परिवर्तित कर सकता है, लेकिन इस ऊर्जा का उपयोग केवल उसी स्थान पर किया जा सकता है जहां कोयला जलाने वाली भट्टी और भाप बॉयलर स्थापित हैं। बिजली संयंत्र बिजली उपभोक्ताओं से बहुत दूर स्थित हो सकता है - और, फिर भी, कारखानों, घरों आदि के साथ इसकी आपूर्ति करें।

वे कहते हैं (सबसे अधिक संभावना है, यह सिर्फ एक सुंदर परी कथा है), जैसे कि फैराडे ने ट्रेजरी के ब्रिटिश चांसलर जॉन पील को विद्युत जनरेटर का एक प्रोटोटाइप दिखाया, और उन्होंने वैज्ञानिक से पूछा: "ठीक है, मिस्टर फैराडे, यह सब बहुत दिलचस्प है, लेकिन इस सब का क्या फायदा है?"

“क्या उपयोग है? - कथित रूप से फैराडे को आश्चर्य हुआ। "क्या आप जानते हैं, श्रीमान, यह टुकड़ा समय के साथ कितने करों को राजकोष में लाएगा?"

ट्रांसफार्मर।

ट्रांसफार्मर।  बिजली संयंत्रों के शक्तिशाली जनरेटर का इलेक्ट्रोमोटिव बल बहुत अच्छा है, जबकि बिजली के व्यावहारिक उपयोग के लिए अक्सर बहुत अधिक वोल्टेज की आवश्यकता नहीं होती है, और इसके विपरीत, ऊर्जा का हस्तांतरण बहुत अधिक होता है।

तारों के हीटिंग के नुकसान को कम करने के लिए, ट्रांसमिशन लाइन में वर्तमान को कम करना आवश्यक है, और, परिणामस्वरूप, बिजली बनाए रखने के लिए, वोल्टेज में वृद्धि। जनरेटर द्वारा उत्पादित वोल्टेज (आमतौर पर लगभग 20 केवी) ट्रांसमिशन लाइन की लंबाई के आधार पर, 75 केवी, 500 केवी और यहां तक ​​कि 1.15 एमवी के वोल्टेज तक बढ़ाया जाता है। वोल्टेज को 20 से बढ़ाकर 500 केवी यानी 25 गुना करने से लाइन में घाटा 625 गुना कम हो जाता है।

एक निश्चित आवृत्ति के प्रत्यावर्ती धारा का रूपांतरण, जिस पर वोल्टेज बढ़ता है या बिजली की लगभग कोई हानि के साथ कई बार कम हो जाती है, एक विद्युत चुम्बकीय उपकरण द्वारा चलती भागों के बिना किया जाता है - एक विद्युत ट्रांसफार्मर। एक ट्रांसफार्मर कई विद्युत उपकरणों और तंत्रों का एक महत्वपूर्ण तत्व है। चार्जर और खिलौना रेलवे, रेडियो और टीवी - ट्रांसफार्मर हर जगह हैं जो वोल्टेज को कम या बढ़ाते हैं। उनमें से बहुत छोटे के रूप में पाए जाते हैं, एक मटर से अधिक नहीं, और सैकड़ों टन या उससे अधिक वजन वाले असली कोलॉसी।

अंजीर। 6.10

ट्रांसफार्मर में एक चुंबकीय सर्किट होता है, जो प्लेटों का एक सेट होता है, जो आमतौर पर फेरोमैग्नेटिक सामग्री (चित्र। 6.10) से बना होता है। चुंबकीय कोर पर दो वाइंडिंग होते हैं - प्राथमिक और माध्यमिक। वैकल्पिक वोल्टेज स्रोत से जुड़े विंडिंग्स को प्राथमिक कहा जाता है, और जिस पर "लोड" जुड़ा हुआ है, अर्थात्, जो उपकरण बिजली का उपभोग करते हैं, उन्हें माध्यमिक कहा जाता है। एक फेरोमैग्नेट चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं की संख्या को लगभग 10,000 गुना बढ़ा देता है और चुंबकीय प्रेरण के प्रवाह को अपने भीतर स्थानीय कर देता है, ताकि ट्रांसफार्मर की विंडिंग को स्थानिक रूप से अलग किया जा सके और फिर भी प्रेरणात्मक रूप से युग्मित रहे।

ट्रांसफार्मर कार्रवाई आपसी प्रेरण और आत्म-प्रेरण की घटनाओं पर आधारित है। प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग के बीच इंडक्शन आपसी है, अर्थात, सेकेंडरी वाइंडिंग में प्रवाहित धारा, प्राथमिक पवन में एक इलेक्ट्रोमोटिव बल को प्रेरित करती है, जिस तरह प्राइमरी वाइंडिंग द्वितीयक वाइंडिंग में एक इलेक्ट्रोमोटिव बल को प्रेरित करती है। इसके अलावा, चूंकि प्राथमिक घुमाव के मोड़ अपनी स्वयं की रेखाओं को ढंकते हैं, उनमें आत्म-प्रेरण का एक इलेक्ट्रोमोटिव बल उत्पन्न होता है। द्वितीयक वाइंडिंग में स्व-प्रेरण का इलेक्ट्रोमोटिव बल भी मनाया जाता है।

प्राथमिक घुमावदार को एक इलेक्ट्रोमोटिव बल के साथ एक वैकल्पिक विद्युत स्रोत से जोड़ा जाए, इसलिए, एक प्रत्यावर्ती धारा इसमें उत्पन्न होती है, जो एक ट्रांसफार्मर के चुंबकीय कोर में एक वैकल्पिक चुंबकीय प्रवाह का निर्माण करती है ? जो चुंबकीय कोर के अंदर संकेंद्रित होता है और प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग्स के सभी घुमावों की अनुमति देता है।

बाहरी लोडिंग की अनुपस्थिति में, ट्रांसफार्मर में जारी शक्ति शून्य के करीब है, अर्थात वर्तमान ताकत शून्य के करीब है। चलो ओम के नियम को प्राथमिक सर्किट पर लागू करते हैं: प्रेरण के इलेक्ट्रोमोटिव बल और सर्किट में वोल्टेज वर्तमान और प्रतिरोध के उत्पाद के बराबर है। मानकर, हम लिख सकते हैं:   जहाँ एफ - प्राथमिक कॉइल के प्रत्येक मोड़ को प्रवाहित करने वाला प्रवाह। एक आदर्श ट्रांसफार्मर में, सभी बिजली लाइनें दोनों वाइंडिंग के सभी मोड़ से गुजरती हैं, और चूंकि अलग-अलग चुंबकीय क्षेत्र प्रत्येक मोड़ में एक ही इलेक्ट्रोमोटिव बल उत्पन्न करता है, इसलिए विंडिंग में प्रेरित कुल इलेक्ट्रोमोटिव बल कुल घुमावों के अनुपात में होता है। नतीजतन ,.

वोल्टेज परिवर्तन अनुपात माध्यमिक सर्किट में वोल्टेज के अनुपात में प्राथमिक सर्किट में वोल्टेज के बराबर है। घुमावदार पर वोल्टेज के आयाम मूल्यों के लिए लिखा जा सकता है:

इस प्रकार, परिवर्तन अनुपात को प्राथमिक वाइंडिंग के घुमावों की संख्या के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। यदि अनुपात, ट्रांसफार्मर बढ़ेगा, और यदि - घटाना।

ऊपर लिखे गए संबंध, कड़ाई से बोलते हुए, केवल एक आदर्श ट्रांसफार्मर पर लागू होते हैं, जिसमें चुंबकीय प्रवाह के बिखरने और जूल गर्मी का कोई ऊर्जा नुकसान नहीं होता है। ये नुकसान स्वयं वाइंडिंग्स के सक्रिय प्रतिरोध की उपस्थिति और कोर में प्रेरण धाराओं (फाउकॉल्ट धाराओं) की घटना से जुड़े हो सकते हैं।

तोकी फौकल्ट।

तोकी फौकल्ट।  इंडक्शन करंट सॉलिड बल्क कंडक्टर में भी हो सकता है। इस मामले में, इंडक्शन करंट का एक बंद लूप कंडक्टर की मोटाई में ही बनता है क्योंकि यह चुंबकीय क्षेत्र में या एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में चलता है। इन धाराओं का नाम फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जेड.बी.एल. फाउकॉल्ट, जिन्होंने 1855 में एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र में विद्युत मशीनों और अन्य धातु निकायों के फेरोमैग्नेटिक कोर के हीटिंग की खोज की, और प्रेरण धाराओं के उत्तेजना द्वारा इस आशय की व्याख्या की। इन धाराओं को वर्तमान में एड़ी धाराएं या फाउकॉल्ट धाराएं कहा जाता है।

यदि लोहे का कोर एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र में है, तो आंतरिक एड़ी धाराओं, फौकॉल्ट धाराओं, इसके हीटिंग के लिए अग्रणी हैं, एक प्रेरण इलेक्ट्रिक क्षेत्र की कार्रवाई के तहत इसमें प्रेरित होते हैं। चूंकि प्रेरण के इलेक्ट्रोमोटिव बल हमेशा चुंबकीय क्षेत्र के दोलनों की आवृत्ति के लिए आनुपातिक होते हैं, और बड़े पैमाने पर कंडक्टर का प्रतिरोध छोटा होता है, जूल - लेनज़ कानून के अनुसार उच्च आवृत्ति पर कंडक्टरों में बड़ी मात्रा में गर्मी उत्पन्न होगी।

कई मामलों में, फौकॉल्ट धाराएं अवांछनीय हैं, इसलिए आपको उन्हें कम करने के लिए विशेष उपाय करने होंगे। विशेष रूप से, ये धाराएं विद्युत मशीनों के ट्रांसफार्मर और धातु भागों के फेरोमैग्नेटिक कोर के हीटिंग का कारण बनती हैं। एड़ी की धाराओं की घटना के कारण विद्युत ऊर्जा के नुकसान को कम करने के लिए, ट्रांसफार्मर कोर फेरोमैग्नेट के एक ठोस टुकड़े से नहीं बनाया जाता है, लेकिन एक ढांकता हुआ परत द्वारा एक दूसरे से पृथक धातु प्लेटों से।

अंजीर। 6.11

अत्यधिक धाराओं और धातु के यौगिकों को प्राप्त करने के लिए, धातु की भट्टियों को गर्म करने और पिघलने के लिए तथाकथित प्रेरण भट्टियों (चित्र। 6.11) में धातुओं को गलाने के लिए एड़ी की धाराओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ऐसा करने के लिए, धातु बिलेट को एक प्रेरण भट्टी (सोलनॉइड, जिसमें बारी-बारी से चालू पारित किया जाता है) में रखा जाता है। फिर, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के कानून के अनुसार, धातु के अंदर प्रेरण धाराएं उत्पन्न होती हैं, जो धातु को गर्म करती हैं और इसे पिघला सकती हैं। भट्ठी में एक वैक्यूम बनाने और लेविटेशनल हीटिंग को लागू करने से (इस मामले में, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की ताकतें न केवल धातु को गर्म करती हैं, बल्कि इसे कक्ष की सतह के संपर्क से बाहर अंग में रखती हैं), उच्च शुद्धता वाली धातुएं और मिश्र धातुएं प्राप्त होती हैं।