Návrh generátora a princíp činnosti. Trojfázový generátor - princíp činnosti a jeho zariadenie

Ten, kto nie je oboznámený s generátormi, vysvetľujeme, že ide o agregát, v ktorom sa získava z iného druhu energie. A presnejšie z mechanických elektrických. Súčasne môžu tieto zariadenia generovať jednosmerný aj striedavý prúd. Až do polovice dvadsiateho storočia sa používali predovšetkým generátory DC. Boli to veľké stroje, ktoré nefungovali veľmi dobre. Vznik diód polovodičového typu na trhu umožnil vytvoriť trojfázový alternátor. Diódy umožňujú napraviť striedavý prúd.

Princíp činnosti

Trojfázový generátor je založený na Faradayovom zákone, zákone elektromagnetickej indukcie, ktorý uvádza, že elektromotorická sila bude nevyhnutne indukovaná v rotujúcom obdĺžnikovom ráme, ktorý je inštalovaný medzi dva magnety. Vytvorí rezerváciu, že magnety vytvoria rotujúce magnetické pole. Smer otáčania a rám a magnetické pole sa nevyhnutne zhodujú. Elektromotorická sila sa však vyskytne v prípade, že rám zostane stáť a natočí sa magnet vnútri.

Ak chcete pochopiť, ako funguje generátor, dávajte pozor na obrázok nižšie. Toto je najjednoduchšia schéma jeho práce.

Tu môžete jasne vidieť magnety s rôznymi pólmi, rámom, hriadeľom a kolektorovými krúžkami, ktoré sa používajú na presmerovanie prúdu.

Samozrejme, je to len schéma, aj keď laboratórne generátory boli vytvorené týmto spôsobom. V praxi sú konvenčné magnety nahradené elektromagnety. Druhá z nich je medené vinutie alebo induktory. Keď prechádza elektrickým prúdom, vytvorí sa požadované magnetické pole. Takéto generátory sú inštalované vo všetkých autách (napríklad), aby sa mohli spustiť, batéria je inštalovaná pod kapotou, teda je zdrojom jednosmerného prúdu. Niektoré modely generátorov sa spúšťajú na princípe sebakulácie alebo používania nízkoenergetických generátorov.

druh

Klasifikácia je založená na princípe fungovania, takže tieto jednotky AC sú rozdelené do dvoch tried:

• Asynchrónne. Jedná sa o najspoľahlivejšie, malé a jednoduché dizajnové generátory. Vynikajúcu prácu s preťažením a skratmi. Je však potrebné vziať do úvahy, že tento druh ihneď zlyhá, ak na ňu pôsobí veľké preťaženie. Napríklad, počiatočný prúd elektrického zariadenia. Preto je potrebné vziať do úvahy túto skutočnosť, pre ktorú je potrebné získať generátor s kapacitou troch alebo štyrikrát vyššou ako je spotreba elektrickej energie zariadenia pri štartovaní.
• Synchrónne. Ale tento druh ľahko zvládne krátkodobé zaťaženie. Taký generátor môže odolávať preťaženiu raz za päť alebo šesť. Je pravda, že sa nelíši vo vysokej spoľahlivosti v porovnaní s asynchrónnymi variantmi, okrem toho je majiteľom veľkých veľkostí a hmotnosti.

Samozrejme, v tomto rozdelení spočíva princíp fungovania jednotky. Existujú však aj ďalšie kritériá.

• Jednofázové
• Dvojfázový.
• Tri fázy.
• Viacfázové (zvyčajne šesť fáz).
• Zváranie.
• Lineárne.
• Indukcia.
• Pokoja.
• Portable.

Zariadenie trojfázového generátora

Zariadenie trojfázového alternátora je v podstate jednoduché. Ide o prípad s dvoma kryty na protiľahlých stranách. V každom z nich sú otvory na vetranie. Kryty majú výklenky pre ložiská, v ktorých sa hriadeľ otáča. Prevodový prvok je namontovaný na prednom konci hriadeľa. Napríklad kladka je namontovaná na alternátore vozidla, ktorým sa otáčanie prenáša zo spaľovacieho motora na generátor. Na opačnom konci hriadeľa sa prenáša elektrický prúd, pretože v tomto prípade hriadeľ pôsobí ako elektromagnet s jedným vinutím.

Prenos sa vykonáva pomocou grafitových kefiek a kolektorových krúžkov (sú vyrobené z medi). Kefy sú pripojené k elektrickému regulátoru (v skutočnosti to je spoločné relé), ktoré reguluje napájacie napätie 12 voltov s požadovanými odchýlkami. Najdôležitejšie je, že relé nezvyšuje ani neznižuje napätie v závislosti od rýchlosti otáčania samotného hriadeľa.

Takže ak hovoríme o trojfázových alternároch, ide o tri takéto jednofázové. Iba trojfázová jednotka má vinutie nie na rotoru (hriadeľ), ale na stator. A existujú tri takéto vinutia, ktoré sa navzájom posunú vo fáze. Hriadeľ, rovnako ako v prvej konštrukcii, vykonáva funkcie elektromagnetu, ktorý je poháňaný jednosmerným prúdom cez klzné kontakty.

Otáčanie hriadeľa vytvára magnetické pole vo vinutí. Elektromotorická sila začína byť indukovaná, keď magnetické pole vinutia pretína rotor. A keďže vinutia sú umiestnené symetricky na statore, to znamená každých 120 °, potom bude mať elektromotorická sila rovnakú amplitúdovú hodnotu.

Súvisiace príspevky:

Alternátor - čo je to? Jedná sa o elektrický stroj, ktorý premieňa energiu mechanickej interakcie na elektrickú energiu. Ako pracuje? Zákon elektromagnetickej indukcie je základom zásad fungovania takéhoto zariadenia ako alternátora. Ako je známe zo zákonov elektromagnetizmu, elektromotorická sila (EMF) môže byť vyvolaná (generovaná) iba v niekoľkých prípadoch: keď sa parametre magnetického toku menia okolo samotného vodiča alebo keď sa vodič pohybuje v magnetických poliach. Magnetické pole je materiálové médium, ktoré možno nájsť výlučne empiricky (empiricky). To znamená, že na identifikáciu prítomnosti alebo neprítomnosti takéhoto silového poľa v oblasti jeho možného pôsobenia je potrebné zaviesť vodič s prúdovým alebo magnetizovaným telom.

Charakteristika generátora

V zariadení, ako je alternátor, je hlavná časť obsadená elektromagnetom. Skladá sa z ferimagnetického jadra a cievky a je navrhnutý tak, aby vytvoril magnetický tok. Existuje súbor základných požiadaviek, ktoré sa vzťahujú na tieto stroje: rozsah otáčok od 50 do 12000 otáčok za minútu, najširší rozsah možných kapacít (od niekoľkých wattov po stovky megawattov), ​​minimálnu hmotnosť a rozmery, vysokú spoľahlivosť a výkon.

Trojfázový alternátor

Zvyčajne je taký stroj synchronný. Jeho hlavnou úlohou je prepočet akéhokoľvek druhu energie na elektrickú energiu. Tradične ide o mechanickú energiu. Prečo je alternátor nazývaný synchrónny? Jedná sa o taký bezkartáčový stroj, ktorého rýchlosť otáčania je konštantná a pri danej frekvencii závisí od počtu pólov. Alternátor dostal obrovské rozšírenie vo výrobe av železničnej doprave. Je to kvôli synchronizácii rotácie, ktorá sa používa v chladiarenských sekciách a dieselových lokomotívach.

Alternátor: zariadenie a základné princípy fungovania

Ak otočíte rotor a induktor, potom sa vo vinutí statora EMF indukuje. Tento jav je základom pre prevádzku trojfázových aj jednofázových strojov. Vďaka najrozsiahlejšiemu použitiu v dieselových lokomotívach môže byť primárnym motorom v takých trakčných synchrónnych generátoroch dokonca dieselový motor (spaľovací motor). Pevná časť alternátora je stator, ktorý pozostáva z jadra a krytu.

  Do drážok statora sa vkladá vinutie, vďaka čomu je indukovaný EMF. Jadro je zostavené z lisovaných plechov špeciálnej elektrickej ocele. Rotor je hriadeľ, na ktorom sú upevnené jadrá pólov generátora. Existujú póly jasné a slabo vyjadrené. Vinutie je vyrobené z medených drôtov, zvyčajne okrúhle alebo obdĺžnikové. Konce vinutia vedú ku krúžkom. Pomocou kefiek nainštalovaných v držiakoch kefiek, ktoré sú stlačené na kontaktné plochy pružinami, sa vykonáva zber prúdu. Vzhľadom na jednoduchý dizajn je celkom možné vytvoriť alternátor s vlastnými rukami. Princíp jeho fungovania je veľmi jednoduchý. Rotor sa otáča s motorom. Magnetické pole rotora sa s ním otáča. Práve na tomto princípe funguje alternátor.

Ani samotný motor, ani auto nemôžu robiť bez elektriny v princípe. Elektrické vybavenie automobilov sa stáva čoraz komplikovanejším a vyvíjajúcim sa, ale konštrukcia niekoľkých hlavných zariadení zostáva konštantná - ide o batériu a generátor prúdu, ktorý je potrebný na zabezpečenie palubného systému so stabilným prúdom s určitou nominálnou hodnotou a konštantným nabíjaním batérie.

  Požiadavky na generátor vozidla

Hlavnou úlohou generátora je nielen generovanie prúdu, ale aj zabezpečenie jeho konštantných parametrov, bez ohľadu na frekvenciu otáčania kľukového hriadeľa, ktorý nastavuje generátor do pohybu. To je potrebné, aby sa zaistilo, že sa batéria pri nízkych otáčkach motora nerozbije a pri vysokej rýchlosti je potrebné zabrániť prebíjaniu batérie. Okrem stability napätia a prúdu nie sú menej citlivé svietidlá, LED, elektrické zariadenia, najmä v moderných technologicky sofistikovaných vozidlách.

Generátor musí poskytovať nielen stabilný prúd, ale musí byť aj odolný voči vysokým teplotám, vibráciám a vlhkosti a má istú ochranu proti nečistotám, pretože je inštalovaný v motorovom priestore, kde sú pracovné podmienky veľmi nestabilné. Návrh a princíp fungovania alternátora v takmer všetkých moderných autách sú totožné.

  Typy moderných generátorov

Generátory moderných automobilov pracujú s využitím jednotného princípu elektromagnetickej indukcie. Bez toho, aby sme prešli do zložitých fyzikálnych procesov, poznamenávame, že generátor konvertuje mechanickú energiu z kľukového hriadeľa bežiaceho motora na magnetické toky a ako výsledok ich vzájomného pôsobenia na výstupe generátora, spotrebiteľ dostáva elektrickú energiu s prísne špecifikovaným napätím, prúdom a frekvenciou.

Ale pre vytvorenie magnetického poľa, musíte mať určité napätie na cievke. Typom budiaceho generátora sú:

na permanentných magnetoch;

keď sa elektrický prúd na excitáciu vytvorí ako výsledok samotného generátora;

nútené budenie, ak je prúd dodávaný z iného zdroja elektrickej energie.

K dispozícii sú tiež generátory DC a AC. V moderných autách sa používa iba posledný typ generátorov.

  Návrh a prevádzka generátora

Každý z generátorov pozostáva z dvoch hlavných častí - induktora, v ktorom je vytvorené elektromagnetické pole a kotva, ktorá premieňa elektromagnetickú energiu na elektrickú energiu. Pevná časť generátora sa nazýva stator a pohyblivá časť, ktorou je induktor, sa nazýva rotor. Generátory AC sú vybavené trojfázovým statorom na navíjanie, pričom generátory jednosmerného prúdu majú jednofázové vinutie, vďaka čomu sú väčšie z hľadiska veľkosti a hmotnosti. Práve z tohto dôvodu boli dizajnéri nútení opustiť DC zariadenia, hoci alternátor vyžaduje stabilizáciu napätia a konverziu AC na DC.

Na stabilizáciu a premenu striedavého prúdu na jednosmerný prúd je potrebné použiť tri jednofázové stabilizátory, tri vinutia zapojené v hviezdnom alebo delta obvode. Vinutia, fázy, sú vzájomne odsadené o 120 stupňov, ale s iným typom vinutia, môžete získať rôzne výstupné prúdy. Rôzne v pevnosti a stabilite. Pri importovaných synchrónnych generátoroch sa niekedy používa trojuholníkové pripojenie. Napätie je menej stabilné, ale je možné vetrať tenší drôt, čo zníži cenu, veľkosť a hmotnosť celého zariadenia. Keď je hviezda pripojená, je možné drôtik navíjať aj tenkým drôtom, ale každé navíjanie musí byť vyrobené z dvoch tenkých vinutia spojených podľa rovnakej hviezdicovej schémy.

  Ako narovnať a stabilizovať prúd

Aktuálny výkon generátora musí byť stabilizovaný a rôzni výrobcovia tento problém vyriešia rôznymi spôsobmi. Usmerňovač pre trojfázové schéma zapojenia musí mať šesť polovodičových diód pripojených ku kladnému výstupnému vývodu generátora a k hmotnosti vozidla. Ak je potrebné zvýšiť výkon generátora, je potrebné namontovať prídavné rameno na usmerňovač a pripojiť ho k nulovému výstupu navíjacieho spojenia s hviezdou. Trojuholníkový vzor neznamená takúto možnosť.

História spoločnosti

Systémy produkujúce striedavý prúd sú známe v jednoduchých formách od objavenia sa magnetickej indukcie elektrického prúdu. Prvé stroje boli navrhnuté priekopníkmi ako Michael Faraday a Hippolyte Pixie.

Faraday vyvinul "rotujúci trojuholník", ktorého činnosť bola multipolárny  - každý aktívny vodič bol postupne vedený cez oblasť, kde bolo magnetické pole v opačných smeroch. Prvá verejná demonštrácia najsilnejšej "alternátorovej sústavy" sa uskutočnila v roku 1886. Veľký dvojfázový alternátor postavil britský elektrikár James Edward Henry Gordon v roku 1882. Lord Kelvin a Sebastian Ferranti tiež vyvinuli skorý alternátor, produkujúci frekvencie medzi 100 a 300 hertmi. V roku 1891 patentoval Nikola Tesla praktický "vysokofrekvenčný" alternátor (ktorý pracoval s frekvenciou približne 15 000 hertzov). Po roku 1891 boli zavedené viacfázové alternátory.

Princíp činnosti generátora je založený na pôsobení elektromagnetickej indukcie - výskytu elektrického napätia v statorovom vinutie, ktoré je v striedavom magnetickom poli. Vytvára sa pomocou rotačného elektromagnetu - rotora, keď DC prechádza jeho vinutím. Striedavé napätie sa mení na konštantný polovodičový usmerňovač.

Generátor automobilov

Alternátor automobilu. Demontovaný pás pohonu.

Alternátor sa používa na moderných automobiloch na nabíjanie batérií a na napájanie automobilového elektrického systému. V alternátoroch nie je použitý spínač, poskytuje veľkú výhodu generátorom jednosmerného prúdu: sú jednoduchšie, ľahšie a lacnejšie. Automobilové alternátory používajú súpravu usmerňovačov (diódový mostík) na konverziu striedavého prúdu na jednosmerný prúd. Pri výrobe jednosmerného prúdu s nízkym zvlnenie majú automobilové alternátory trifázové vinutie a trojfázové usmerňovače.

Moderné automobilové alternátory majú zabudovaný regulátor napätia. Predtým inštalované regulátory napätia iba analógový typ. V súčasnosti regulátory relé prešli na takzvaný digitálny kanál CAN bus.

Námorné alternátory

Námorné alternátory na jachtách s príslušnou adaptáciou na prostredie so slanou vodou.

Bezkartáčové alternátory

Bezkartáčový generátor sa skladá z dvoch generátorov na rovnakom hriadeli. Malé bezkartáčové generátory môžu vyzerať ako jedna jednotka, ale dve veľké generátory sú ľahko identifikovateľné. Väčšina z nich je hlavným generátorom a menším je príčinný činiteľ. Spravodajské činidlo má stacionárne cievky poľa a rotujúcu armatúru (sila zvitkov). Hlavný generátor používa opačné konfigurácie s rotačným poľom a stacionárnymi cievkami. Mostový usmerňovač (rotačný usmerňovač) je namontovaný na dosku pripojenú k rotoru. Nie sú používané štetce ani krúžky, čo znižuje počet opotrebovaných častí.

Indukčný generátor

Na rozdiel od iných generátorov nie je činnosť indukčného generátora rotačným magnetickým poľom, ale pulzačná, inými slovami pole sa nemení ako funkcia posunu, ale ako funkcia času, ktorá nakoniec (ukazujúca EMF) dáva rovnaký výsledok.

Konštrukcia indukčných generátorov predpokladá umiestnenie konštantného poľa a cievok na zacielenie EMF na stator, zatiaľ čo rotor zostáva zbavený vinutia, ale nutne má zúbkovaný tvar, pretože všetky generátorové práce sú založené na zúbkovaných harmonických rotora.

Generátory pre malú energiu

Pri výkonoch až do 100 kW sa jednozložkové a trojfázové generátory s excitáciou z permanentných magnetov nachádzajú v širokom rozsahu. Použitie vysokoenergetických permanentných magnetov z neodymovo-železo-bórového zloženia umožnilo zjednodušiť dizajn a významne znížiť veľkosť a hmotnosť generátorov, čo je rozhodujúce pre malú veternú energiu.

Návrh Alternátora

V najbežnejšom prípade sa najbežnejšie používa trojfázový alternátor pozostávajúci z rotora s polárnym pólom s jedným párom pólov (generátory s nízkym výkonom) alebo z dvoch párov umiestnených krížovo (najbežnejšie generátory s kapacitou až niekoľko stoviek kilowattov.) Tento dizajn umožňuje nielen efektívnejšie využitie materiál, ale aj priemyselná frekvencia striedavého prúdu 50 Hz dáva otáčky pracovného rotora 1500 otáčok za minútu, čo je v dobrej zhode s trakčnou rýchlosťou naftového motora motory tejto sily), rovnako ako stator s 3 (v prvom prípade) alebo 6 (v druhom) vinutie a pólmi. Napätie z elektrických vinutia je napätie, ktoré sa dodáva spotrebiteľovi.

Rotor môže byť vyrobený na permanentných magnetoch len pre generátory s veľmi nízkym výkonom, vo všetkých ostatných prípadoch má takzvaný vinutie. vinutie v poli, to znamená DC elektromagnet poháňaný v rotujúcom rotoru cez jednotku zberača kartáčov s jednoduchými krúžkovými kontaktmi odolnejšími voči opotrebovaniu ako kolektor s delenými lamelami DC strojov.

Pri akomkoľvek silnom alternátore s budiacim vinutím na rotoru sa nevyhnutne vyskytne otázka - koľko budiaceho prúdu treba použiť na cievku? Nakoniec závisí výstupné napätie takéhoto generátora. Toto napätie sa musí udržiavať v určitých medziach, napríklad 380 voltov, bez ohľadu na prúd v obvode spotrebiča, ktorého významná hodnota môže tiež výrazne znížiť výstupné napätie generátora. Navyše zaťaženie fáz vo všeobecnosti môže byť veľmi nerovnomerné.

Táto otázka sa rieši v moderných generátoroch spravidla zavedením elektromagnetických prúdových transformátorov spojených sekundárnymi vinutiami trojuholníka alebo hviezdy do výstupných obvodov fáz a poskytnutím výstupného trojfázového striedavého napätia s amplitúdou od jednej do desiatich voltov, ktorá je striktne proporcionálna a vo fáze s aktuálnym zaťažením fáz generátor - čím viac prúdu spotrebovanej v danej fáze pre prúd, tým väčšie je napätie na výstupe zodpovedajúcej fázy príslušného prúdového transformátora. Dosiahne sa stabilizačný a auto-regulačný efekt. Všetky tri riadiace fázy zo sekundárnych vinutia prúdových transformátorov sa potom privádzajú do konvenčného trojfázového usmerňovača 6 polovodičových diód a na výstupe vytvára konštantný prúd požadovanej hodnoty a privádzajú sa do budiaceho vinutia rotora cez jednotku zberača kefky. Okruh môže byť doplnený jednotkou reostatu na určitú voľnosť pri ovládaní budiaceho prúdu.

V zastaraných alebo nízkonapäťových generátoroch namiesto prúdových transformátorov bol použitý systém vysokovýkonných rezistorov s budením pracovného budiaceho prúdu v dôsledku zmeny poklesu napätia naprieč rezistorom pri zmene prúdu cez tento rezistor. Tieto schémy boli menej presné a oveľa menej ekonomické.

V obidvoch prípadoch je problém vzniku počiatočného napätia na výkonových vinutiach generátora v čase jeho štartu - v skutočnosti, ak ešte nie je excitácia, potom nie je miesto na odber prúdu v sekundárnych vinutiach transformátorov prúdu. Problém je však vyriešený skutočnosťou, že železo jadra rotora má určitú kapacitu pre reziduálnu magnetizáciu, táto zvyšková magnetizácia je dostatočná na to, aby vyvolala napätie niekoľkých voltov v elektrických vinutiach, postačujúce na seba-excitáciu generátora a jeho výkon.

Pri samovznietených generátoroch je vážnym nebezpečenstvom náhodné použitie externého napätia z priemyselnej elektrickej siete na vinutie statora. Hoci to nevedie k žiadnym negatívnym dôsledkom samotných vinutí generátora, silné striedavé magnetické pole z vonkajšej siete účinne demagnetizuje stator, v dôsledku čoho generátor stráca svoju schopnosť seba-vzrušenia. V tomto prípade je niekedy potrebná počiatočná dodávka budiaceho napätia z nejakého vonkajšieho zdroja, napríklad autobatérie, tento postup niekedy úplne vylieči stator, avšak v niektorých prípadoch zostáva potreba aplikovať vonkajšie budenie naveky.

Hlavný alternátor

Hlavný generátor sa skladá z rotačného magnetického poľa, ako bolo uvedené vyššie, a pevnej kotvy (vinutia generátora)

Hybridné autá

Pozri tiež

referencie

• Alternátory. Integrované publikovanie (TPub.com).
• Drevený nízkotlakový alternátor. ForceField, Fort Collins, Colorado, USA.

Indukčný alternátor.  V indukčných alternátoroch sa mechanická energia mení na elektrickú energiu. Indukčný generátor pozostáva z dvoch častí: pohyblivého, ktorý sa nazýva rotor, a pevnej časti, ktorá sa nazýva stator. Účinok generátora je založený na fenoméne elektromagnetickej indukcie. Indukčné generátory majú pomerne jednoduché zariadenie a umožňujú vám získať vysoké prúdy pri dostatočne vysokom napätí. V súčasnosti existuje veľa druhov indukčných generátorov, ale všetky pozostávajú z rovnakých základných častí. To je po prvé elektromagnet alebo permanentný magnet vytvárajúci magnetické pole a po druhé vinutie pozostávajúce zo sériovo spojených závitov, v ktorých je vyvolaná premenlivá elektromotorická sila. Pretože sú pridané elektromotorické sily indukované v postupne pripojených závitoch, amplitúda elektromotorickej indukčnej sily vo vinutí je úmerná počtu závitov v ňom.

Obr. 6.9

Počet línií síl, ktoré prechádzajú každou otáčkou, sa nepretržite mení od maximálnej hodnoty, keď je umiestnená na poli, na nulu, keď silové čiary kĺžu po cievke. V dôsledku toho, keď sa cievka otáča medzi pólmi magnetu, každý polovičný otáčací moment, smer prúdu sa mení na opačný a striedavý prúd sa objaví v cievke. Prúd sa presmeruje na vonkajší obvod pomocou posuvných kontaktov. Na tento účel sú na osi vinutia pripevnené kontaktné krúžky pripojené ku koncom vinutia. Pevné dosky - kefy - sú pritlačené na krúžky a pripojenie navíjacieho vedenia s vonkajším obvodom (obr. 6.9).

Nech sa cievka drôtu zlomí v jednom magnetickom poli s konštantnou uhlovou rýchlosťou. Magnetický tok prenikajúci do cievky sa mení podľa zákona S  - oblasť cievky. Podľa Faradayovho zákona sa vo vinutí vyvoláva elektromotorická indukčná sila, ktorá je definovaná nasledovne:

kde N  - počet závitov vo vinutí. Elektromotorická sila indukcie vo vinutí sa teda mení sinusoidne a je úmerná počtu závitov vo vinutí a frekvencii otáčania.

V experimente s otočným vinutím je stator magnet a kontakty, medzi ktorými je umiestnené vinutie. Pri veľkých priemyselných generátoroch sa otáča elektromagnet, čo je rotor, zatiaľ čo vinutia, v ktorých je indukovaná elektromotorická sila, sú uložené v štrbinách statora a zostávajú stacionárne. V tepelných elektrárňach sa na otáčanie rotora používajú parné turbíny. Turbíny sa otáčajú tryskami vodných pár vyrábaných v obrovských parných kotloch spaľovaním uhlia alebo plynu (tepelných elektrární) alebo rozkladom látky (jadrové elektrárne). Vo vodných elektrárňach sa používajú vodné turbíny na otáčanie rotora, ktorý sa otáča s veľkou výškou vody.

Generátory hrajú kľúčovú úlohu v rozvoji našej technologickej civilizácie, pretože nám umožňujú prijímať energiu na jednom mieste a používať ju v inom. Napríklad parný stroj môže premeniť energiu spaľovania uhlia na užitočnú prácu, ale táto energia sa môže použiť len tam, kde je nainštalovaná pec na spaľovanie uhlia a parný kotol. Elektráreň môže byť umiestnená veľmi ďaleko od spotrebiteľov elektrickej energie - a napriek tomu ju dodávať s továrňami, domami atď.

Hovorí (s najväčšou pravdepodobnosťou je to len krásna rozprávka), akoby Faraday ukázal prototyp elektrického generátora britskému kanclírovi ministerstvu financií Johnovi Peelovi a požiadal vedcu: "Nuž, pán Faraday, to všetko je veľmi zaujímavé, ale aké je to všetko?".

"Aké je použitie? - údajne prekvapil Faradaya. "Viete, pane, koľko daní prinesie toto dielo do pokladnice v priebehu času?"

Transformátor.

Transformátor.  Elektromotorická sila výkonných generátorov elektrární je skvelá, zatiaľ čo praktické využívanie elektriny často nevyžaduje veľmi vysoké napätie a prenos energie naopak je veľmi vysoký.

Aby sa znížili straty na vykurovaní drôtov, je potrebné znížiť prúd v prenosovom vedení a následne udržať výkon, zvýšiť napätie. Napätie generátorov (zvyčajne okolo 20 kV) sa zvýši na 75 kV, 500 kV a dokonca aj na napätie 1,15 MV, v závislosti od dĺžky prenosového vedenia. Zvýšenie napätia z 20 na 500 kV, to znamená 25 krát, znižuje straty na linke o 625 krát.

Premena striedavého prúdu s určitou frekvenciou, pri ktorej sa napätie zvyšuje alebo klesá niekoľkokrát takmer bez straty výkonu, sa uskutočňuje elektromagnetickým zariadením bez pohyblivých častí - elektrického transformátora. Transformátor je dôležitým prvkom mnohých elektrických zariadení a mechanizmov. Nabíjačky a hračky, rádiá a televízory - transformátory sú všade, ktoré znižujú alebo zvyšujú napätie. Medzi nimi sa nachádzajú veľmi malé, nie len hrach, a skutočné kolosy s hmotnosťou stoviek ton alebo viac.

Obr. 6.10

Transformátor sa skladá z magnetického obvodu, ktorý je súpravou dosiek, ktoré sú zvyčajne vyrobené z feromagnetického materiálu (obrázok 6.10). Na magnetickom jadre sú dve vinutia - primárne a sekundárne. Jeden z vinutia, ktorý je pripojený k zdroju striedavého napätia, sa nazýva primárny a ten, ku ktorému je pripojené "zaťaženie", tj zariadenia, ktoré spotrebúvajú elektrickú energiu, sa nazýva sekundárne. Feromagnet zvyšuje počet línie magnetického poľa o približne 10 000 krát a lokalizuje tok magnetickej indukcie v sebe, takže vinutia transformátora môžu byť priestorovo oddelené a stále zostávajú indukčne spojené.

Aktivita transformátora je založená na fenoméne vzájomnej indukcie a sebakutinácie. Indukcia medzi primárnym a sekundárnym vinutím je vzájomná, to znamená, že prúd tečúci v sekundárnom vinutie indukuje elektromotorickú silu v primárnom vetre, rovnako ako primárne vinutie indukuje elektromotorickú silu v sekundárnom vinutie. Navyše, pretože zákrmy primárneho vinutia pokrývajú svoje vlastné silové sily, v nich vzniká elektromotorická sila samoindukcie. Elektromotorická sila samoindukcie sa pozoruje aj v sekundárnom vinutie.

Nech je primárne vinutie pripojené k zdroju striedavého prúdu s elektromotorickou silou, preto v ňom vzniká striedavý prúd, ktorý vytvára striedavý magnetický tok v magnetickom jadre transformátora ? ktorý sa koncentruje vnútri magnetického jadra a preniká všetkými závitmi primárneho a sekundárneho vinutia.

Pri absencii externého zaťaženia je výkon uvoľnený v transformátore blízko nuly, to znamená, že prúdová sila je blízko nuly. Aplikujeme Ohmov zákon na primárny okruh: Súčet elektromotorickej sily indukcie a napätia v obvode sa rovná súčinu prúdu a odporu. Predpokladáme, že môžeme napísať:   kde F - prietok, ktorý preniká každou závitom primárnej cievky. V ideálnom transformátore prechádzajú všetky elektrické vedenia všetky závitmi obidvoch vinutí a keďže meniace sa magnetické pole vytvára v každom kole rovnakú elektromotorickú silu, celková elektromotorická sila vyvolaná vo vinutí je úmerná celkovému počtu závitov. V dôsledku toho,.

Pomer transformácie napätia sa rovná pomeru napätia v sekundárnom okruhu k napätiu v primárnom okruhu. Pre hodnoty amplitúdy napätia na vinutia je možné zapísať:

Transformačný pomer je teda definovaný ako pomer počtu závitov sekundárneho vinutia k počtu závitov primárneho vinutia. Ak pomer, transformátor sa zvýši a ak - klesá.

Vzťahy napísané vyššie, striktne povedané, sú použiteľné len pre ideálny transformátor, v ktorom nie je rozptyl magnetického toku a žiadna energetická strata na žulové teplo. Tieto straty môžu byť spojené s prítomnosťou aktívnej rezistencie samotných vinutí a výskytom indukčných prúdov (Foucaultových prúdov) v jadre.

Toki Foucault.

Toki Foucault.  Indukčné prúdy sa môžu vyskytovať aj v pevných sypkých vodičoch. V tomto prípade je vytvorená uzavretá slučka indukčného prúdu v hrúbke samotného vodiča, keď sa pohybuje v magnetickom poli alebo pod vplyvom striedavého magnetického poľa. Tieto prúdy sú pomenované pre francúzskeho fyzika Z.B.L. Foucault, ktorý v roku 1855 objavil vyhrievanie feromagnetických jadier elektrických strojov a iných kovových telies v striedavom magnetickom poli a vysvetlil tento efekt budením indukčných prúdov. Tieto prúdy sa v súčasnosti nazývajú vírivé prúdy alebo prúdy Foucault.

Ak je železné jadro v striedavom magnetickom poli, potom sú v ňom indukované vnútorné vírivé prúdy, Foucaultovy prúdy vedúce k jeho ohrevu pod pôsobením indukčného elektrického poľa. Pretože elektromotorická sila indukcie je vždy úmerná frekvencii kmitov magnetického poľa a odpor masívnych vodičov je malý, veľké množstvo tepla sa generuje vo vodičoch vo vysokej frekvencii podľa zákona Joule-Lenz.

V mnohých prípadoch sú prúdy Foucaultu nežiaduce, takže musíte prijať osobitné opatrenia na ich zníženie. Najmä tieto prúdy spôsobujú zahrievanie feromagnetických jadier transformátorov a kovových častí elektrických strojov. Aby sa znížila strata elektrickej energie v dôsledku výskytu vírivých prúdov, jadrá transformátora nie sú vyrobené z pevného kusu feromagnetu, ale z oddelených kovových dosiek izolovaných od seba dielektrickou vrstvou.

Obr. 6.11

Vírivé prúdy sa často používajú na tavenie kovov v takzvaných indukčných peciach (obr. 6.11), na ohrev a tavenie kovových predvalkov, na získanie vysoko čistých zliatin a kovových zlúčenín. Za týmto účelom sa kovový blok umiestňuje do indukčnej pece (solenoid, cez ktorú prechádza striedavý prúd). Potom podľa zákona elektromagnetickej indukcie vznikajú indukčné prúdy vnútri kovu, ktoré ohrievajú kov a môžu ho roztaviť. Vytvorením podtlaku v peci a aplikáciou levitácie na vykurovanie (v tomto prípade sily elektromagnetického poľa nielen ohrievajú kov, ale tiež ho udržiavajú v kontakte s povrchom komory), získavajú sa vysoko čisté kovy a zliatiny.