Эдс генератора – Электрический генератор — это… Что такое Электрический генератор?

Содержание

7.4. Эдс и электромагнитный момент генератора постоянного тока

Как уже отмечалось, ЭДС, наведенная в обмотке вращающегося якоря генератора, пропорциональна магнитному потоку полюсов и частоте его вращения:

Магнитный поток в генераторе, как известно, создается током возбуждения Iв. Если вращать якорь c постоянной частотой n и непрерывно измерять выходную ЭДС Е, то можно построить график Е = f (Iв) (рис. 7.4.1).

Эта зависимость называется характеристикой холостого хода. Она строится для режима, когда генератор не имеет внешней нагрузки, т.е. работает вхолостую. Если подключить к генератору нагрузку, то напряжение на его зажимах будет меньше E на величину падения напряжения в цепи якоря:

Здесь: U — напряжение на зажимах; Е — ЭДС в режиме х.х.; I

Я — ток якоря; RЯ — сопротивление в цепи якоря. Падение напряжения в цепи якоря обычно не превышает 2-8 % ЭДС генератора. Уменьшение напряжения на выходе генератора связано с размагничиванием машины магнитным полем якоря, а также падением напряжения в его обмотках. В каждой машине постоянного тока имеет место взаимодействие между током якоря IЯ и магнитным потоком Ф. В результате на каждый проводник обмотки якоря действует электромагнитная сила:

где В — магнитная индукция, IЯ — ток в обмотке якоря, L — длина якоря. Направление действия этой силы определяется правилом левой руки. Подставим сюда среднее значение магнитной индукции ВСР и величину тока в каждом проводнике обмотки якоря I = IЯ / 2 а. Получим

Электромагнитный момент, действующий на якорь машины, при числе проводников обмотки N:

где — величина, постоянная для данной машины; d — диаметр якоря; р — число пар полюсов; N — число проводников обмотки якоря; а — число пар параллельных ветвей. При работе машины в режиме генератора электромагнитный момент действует против вращения якоря, т.е. является тормозным. Для привода генератора требуется электродвигатель мощность, которого должна покрыть все потери в генераторе:

где Р — полезная электрическая мощность генератора; ∆РЯ — потери в обмотке якоря; ∆РВ — потери в обмотке возбуждения; ∆РМ — потери на намагничивание машины; ∆РМЕХ — механические потери, связанные с трением вращающихся частей.

Коэффициент полезного действия генератора определяется отношением:

У современных генераторов постоянного тока коэффициент полезного действия составляет 90-92 %.

7.5. Двигатель постоянного тока

В соответствии с принципом обратимости машина постоянного тока может работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя. Уравнение ЭДС для двигателя составлено на основании 2-го закона Кирхгофа с учетом направления ЭДС:

откуда

Ток в цепи якоря:

В соответствии о формулой Еа = Се Ф n частота вращения определяется выражением:

Подставим значение Е из уравнения U = Е — IЯ RЯ, получим:

т.е. частота вращения двигателя прямо пропорциональна подведенному напряжению и обратно пропорциональна магнитному потоку возбуждения. Из этой формулы видно, что возможны пути регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока: 1. Изменением напряжения сети U. Регулируя подаваемое напряжение Uсети можно менять частоту вращения. 2. Включением в цепь якоря добавочного сопротивлению (R’

Я = RЯ + RДОБ). Изменяя сопротивление RДОБ, меняют частоту вращения. 3. Изменением магнитного потока Ф. Машины с постоянными магнитами не регулируются. Машины с электромагнитами позволяют регулировать поток Ф путем изменения тока возбуждения IB. На рис. 7.5.1. показана схема включения в сеть двигателя постоянного тока.

По закону электромагнитной индукции при прохождении тока по обмотке якоря происходит взаимодействие ее проводников с магнитным полем полюсов. На каждый проводник обмотки будет действовать электромагнитная сила Р

эм = ВСРLI, пропорциональная магнитной индукции полюсов В, длине проводника L и току I, протекающему по проводнику. Направление действия этой силы определяется правилом правой руки. Не повторяя рассуждений, проведенных для генератора постоянного тока, запишем выражение для вращающего момента:

M=CMФ IЯ

где CM — коэффициент пропорциональности. Вращающий момент у двигателей с независимым и параллельным возбуждением с увеличением нагрузки может как расти, так и уменьшаться, поскольку с ростом потребляемого тока I и размагничивания полюсов, уменьшается магнитный поток Ф.

Двигатели с последовательным возбуждением имеют отличные от вышеприведенных двигателей характеристики. Из схемы, приведенной на рис. 7.2.1 в, видно, что магнитный поток в машине создается обмоткой возбуждения, включенной последовательно с обмоткой якоря. Следовательно, IB = IЯ и выражение для вращающего момента будет иметь вид:

Последняя формула показывает, что чем больше нагрузка на двигатель, тем большим будет вращающий момент. Это обстоятельство делает двигатель с последовательным возбуждением незаменимым на электротранспорте (трамвае, троллейбусе и т.д.). Реверсирование или изменение направления вращения двигателей постоянного тока может осуществляться изменением полярности тока либо в обмотке якоря, либо в обмотке возбуждения.

Эдс и вращающий момент генератора постоянного тока

Выясним, как зависит ЭДС генератора постоян­ного тока от параметров машины, скорости враще­ния якоря и магнитного потока. При равномерном перемещении проводника дли­ной I со скоростью и в магнитном поле с индукцией В (скорость перпендикулярна вектору индукции), в нем по закону электромагнитной индукции воз­никнет ЭДС е: Рассмотрим движение проводника обмотки яко­ря в магнитном поле под полюсом. Чтобы опреде­лить среднее значение ЭДС в этом проводнике, вве­дем понятие средней индукции. Пусть Ф магнитный поток, создаваемый глав­ным полюсом, тогда при 2р полюсах общий маг­нитный поток равен 2рФ. Допустим, что индукция равномерно распределена по всему воздушному за­зору. Тогда ее среднее значение

где s — площадь поверхности якоря, d — диаметр якоря, I — длина образующей цилиндра якоря. Пред­полагая, что вектор средней магнитной индукции везде направлен по радиусу якоря, т.е. перпендику­лярно скорости, мы получим для средней ЭДС в од­ном проводнике обмотки якоря (10.3) где U — линейная скорость вращения проводника обмотки якоря.

страницы: 1,2,3,4

Учитывая, что скорость вращения проводника обмотки якоря

или в об/мин

и nугловая скорость и частота вра­щения якоря, соответственно) и подставляя в (10.3) значение средней индукции (10.2), получим (104) Обмотка якоря состоит из N активных проводни­ков. Щетки делят эту обмотку на 2а параллельных ветвей. Таким образом, в пределах каждой параллель­ной ветви последовательно соединяются N/20. актив­ных проводников. Поскольку ЭДС генератора е рав­на ЭДС параллельной ветви, то для нее можно запи­сать следующее выражение:

(10.5)

Подставляя в (10.5) выражение для средней ЭДС (10.4), получим

где с = рМ/6Оа — постоянная, зависящая только от параметров машины.

Таким образом, мы видим, что ЭДС генератора постоянного тока пропорциональна значению маг­нитного потока машины ф и скорости вращения якоря п. Следовательно, для поддержания постоян­ного напряжения на зажимах генератора можно изменять ЭДС, либо изменяя магнитный поток, либо скорость вращения якоря (либо и то и другое). Обыч­но якорь генератора приводят во вращение двигате­лем, работающим при определенной скорости вра­щения, а магнитный поток изменяют путем изме­нения тока в обмотке возбуждения. Вычислим мощность генератора постоянного тока: Р=

(10.7) причем работой А следует считать механическую работу, затрачиваемую на преодоление тормозного момента, развиваемого якорем. В формуле (10.7) мощность можно выразить через линейную скорость вращения якоря: , (10.8) где Р — сила, действующая на якорь, а и — линей­ная скорость точки на поверхности якоря. Как мы уже видели, линейная скорость провод­ника на поверхности якоря , где п — чисто­та вращения якоря, и — диаметр якоря. Подставляя выражение для скорости в (10.8) и переходя к оборотам в минуту, получим P=
(10.9)

На каждый проводник обмотки якоря с током I действует по закону Ампера сила F = IВcp l а на N проводников обмотки с учетом формулы (10.2) будет действовать сила

(10.10)

Подставляя соотношение (10.10) в (10.9) и учиты­вая формулу (10.6), получим: P= ( 10.11)

Вращающий момент машины можно записать в виде (10.12)

где — постоянный коэффициент, учитыва­ющий особенности конструкции машины.

Принцип получения ЭДС генераторов постоянного тока


⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 15Следующая ⇒

Действие генераторов постоянного тока основано на явлении электромагнитной индукции, открытой М. Фарадеем в 1831 году. В соответствии с этим явлением при движении проводника в магнитном поле со скоростью V перпендикулярно силовым линиям магнитной индукции В в нем наводится ЭДС, определяемая как

 

(1)

 

где Ei — ЭДС, наводимая в одном проводнике обмотки якоря, направление которой определяется правилом правой руки;

В — магнитная индукция;

1 — длина проводника, пересекаемая силовыми лини­ями магнитной индукции;

V- скорость пересечения проводника силовыми линиями магнитной индукции

Для определения выражения ЭДС генератора введем такое понятие, как полюсное деление τ, представляющее собой часть окружности якоря, соответствующую одному полюсу [1,8,12]. Более точное понятие полюсного деления связывается с геометрической нейтралью [1,3,12]. Под геометрической нейтралью понимается линия на поверхности якоря, проходящая в осевом направлении по средине между соседними полюсами. Часть окружности якоря между геометрическими нейтралями называется полюсным делением. При работе машины постоянного тока магнитная индукция на геометрической нейтрали равна нулю. Щетки для подведения напряжения к обмотке якоря двигателя и для снятия напряжения с генератора устанавливаются на коллекторе таким образом, чтобы в момент перехода щеток с одной коллекторной пластины на другую, напряжение между этими пластинами было минимальным (близким к нулю). В данном случае говорят, что щетки установлены на геометрической нейтрали. Как правило, при этом они располагаются по осям полюсов. Причем, при вращении якоря, каждая из щеток соприкасается только с той коллекторной пластиной, а соответственно и с теми проводниками обмотки якоря, которые находятся под полюсом одной полярности. Поэтому одна из щеток всегда будет иметь одну полярность, например «плюс», а вторая щетка другую — «минус».

Количество полюсных делений соответствует числу полюсов. Если например, электрическая машина имеет одну пару плюсов р=1 ( то есть два полюса ), то этому соответствует и два полюсных деления. Если же р=2, то количество полюсных делений, естественно, равно четырем. Полюсное деление определяется как

 

(2)

где — полюсное деление;

D — внешний диаметр якоря;

р — число пар полюсов.

Для удобства практического использования изменим выражение (1). Линейная скорость проводника, находящегося в пазу якоря, может быть выражена через его частоту вращения:

 

(3)

где n — частота вращения якоря.

 

Тогда

 

Представим в последнем выражении длину окружности якоря через полюсное деление из выражения ( 2 ):

 

(4)

 

Произведение (l·τ) представляет собой площадь S, которую пронизывают силовые линии магнитной индукции, создаваемой обмоткой возбуждения полюса. В свою очередь известно, что произведение магнитной индукции однородного поля на перпендикулярную к ее силовым линиям поверхность носит название магнитного потока Ф.

С учетом этого последнее выражение примет вид:

 

(5)

В выражении ( 5 ) частота вращения представлена размерностью с-1, то есть количеством оборотов якоря в секунду. На практике во многих случаях она выражается количеством оборотов в минуту, тогда

 

(6)

 

Полученное выражение определяет ЭДС одного проводника обмотки якоря. В общем случае в ней может содержаться N активных проводников, а число ее параллельных ветвей — составлять 2а. На основании этого ЭДС одной параллельной ветви Е обмотки якоря определится как

 

(7)

 

Введем коэффициент, зависящий от конструкции данной машины Се – постоянной ЭДС [1,4,5,7,18]:

Окончательно будем иметь:

 

Таким образом, ЭДС генератора постоянного тока пропорциональна основному магнитному потоку Ф, создаваемому обмоткой возбуждения, и частоте вращения якоря n .

Машины постоянного тока, как генераторы, так и двигатели, подразделяются по способу возбуждения в них основного магнитного потока: на машины с независимым возбуждением и самовозбуждением. Машины с самовозбуждением в свою очередь делятся на машины параллельноговозбуждения ( шунтовые ), последовательного возбуждения ( сериесные ) и смешанного возбуждения ( компаундные ), рис.11.8.

 

Принцип действия двигателя постоянного тока.

Принцип работы двигателя основан на движении проводника с током в магнитном поле. Электромагнитная сила Fi, действующая на один проводник обмотки якоря, находящийся под полюсом, определяется выражением

 

(10)

 

где B — магнитная индукция;

L — длина проводника, находящегося в магнитном поле;

I — ток, проходящий по проводнику ( по одной параллельной ветви обмотки якоря).

Сила по выражению (10 ) направлена в соответствии с правилом левой руки. Иногда это выражение представляют в несколько ином виде, заменяя длину проводника L из произведения S= τ∙lполюсное деление как τ=π∙D/(2∙p)и ток, проходящий через активный проводник, отношением I=Iя/(2∙a).Тогда

 

(11)

где Ф — основной магнитный поток, создаваемый током обмотки возбуждения;

р — число пар полюсов двигателя

Iя — ток в обмотке якоря;

а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

D — диаметр якоря.

Момент вращения Mi, создаваемый каждым проводником обмотки якоря, определяется выражением:

 

 

Суммарный электромагнитный момент, создаваемый всеми активными проводниками N обмотки якоря, будет иметь вид:


(12)

 

В полученном выражении выделим постоянный коэффициент См, зависящий от конструктивных особенностей данного двигателя [2,18]:

 

(13)

 

Электромагнитный момент двигателя постоянного тока с учетом выражения ( 13 ) представляется в виде

 

(14)

 

Если машина постоянного тока работает в режиме двигателя, то наличие тока в обмотке якоря, как видно из выражения (14), создает его момент вращения, а при работе в режиме генератора, как будет показано ниже, — тормозной момент.


Рекомендуемые страницы:

эдс генератора — это… Что такое эдс генератора?


эдс генератора
generator voltage, internal voltage, speed(-induced) voltage

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

  • эдс гальванического элемента
  • эдс концентрационной поляризации

Смотреть что такое «эдс генератора» в других словарях:

  • эдс генератора — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN speed voltagespeed induced voltageinternal voltagegenerator… …   Справочник технического переводчика

  • Метод эквивалентного генератора — метод преобразования электрических цепей, в котором схемы, состоящие из нескольких ветвей с источниками ЭДС, приводятся к одной ветви с эквивалентным значением. Применение Метод эквивалентного генератора используется при расчёте сложных схем в… …   Википедия

  • остаточная ЭДС электромашинного усилителя — ЭДС на выводах выходной цепи генератора при отсутствии тока управления электромашинного усилителя. [ГОСТ 27471 87] Тематики машины электрические вращающиеся в целом …   Справочник технического переводчика

  • Внутреннее сопротивление — Двухполюсник и его эквивалентная схема Внутреннее сопротивление двухполюсника  импеданс в эквивалентной схеме двухполюсника, состоящей из последовател …   Википедия

  • Двуполюсник — Двухполюсник многополюсник, имеющий две точки подключения. Содержание 1 Описание двухполюсника 2 Простейшие двухполюсники 2.1 Сопротивление …   Википедия

  • Опыт холостого хода — Опыт холостого хода  это определение реальных параметров элементов для используемых в расчётах схем замещения обычно активных двухполюсников, а именно при отсутствии внешней цепи можно определить величину ЭДС, так как из формулы закона Ома… …   Википедия

  • Тахометр — (от греч. táchos быстрота, скорость и…метр         прибор для измерения частоты вращения валов машин и механизмов. Преимущественно применяются центробежные механические, магнитные и электрические Т., реже используются пневматические и… …   Большая советская энциклопедия

  • тахометр — прибор для измерения частоты вращения (угловой скорости) валов машин и механизмов. Широко применяются механические, магнитные, электрические и иные тахометры. В механическом центробежном тахометре частота вращения контролируемого вала… …   Энциклопедия техники

  • ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ — машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном …   Энциклопедия Кольера

  • Генератор постоянного тока — General Electric в Джо …   Википедия

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ — совокупности соединенных определенным образом элементов и устройств, образующих путь для прохождения электрического тока. Теория цепей раздел теоретической электротехники, в котором рассматриваются математические методы вычисления электрических… …   Энциклопедия Кольера

Метод эквивалентного генератора — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Метод эквивалентного генератора — метод преобразования электрических цепей, в котором схемы, состоящие из нескольких ветвей с источниками ЭДС, приводятся к одной ветви с эквивалентным значением.

Метод эквивалентного генератора используется при расчёте сложных схем, в которых одна ветвь выделяется в качестве сопротивления нагрузки, и требуется исследовать и получить зависимость токов в цепи от величины сопротивления нагрузки.

В соответствии с данным методом неизменная часть схемы преобразовывается к одной ветви, содержащей ЭДС и внутреннее сопротивление эквивалентного генератора.

Применение метода эквивалентного генератора

ЭДС эквивалентного генератора определяется по формуле:

Eeqv=∑i=1nEiGi∑i=1nGi=E1G1+E2G2+E3G3+…+EiGiG1+G2+G3+…+Gi,{\displaystyle E_{eqv}={\frac {\sum _{i=1}^{n}{E_{i}G_{i}}}{\sum _{i=1}^{n}{G_{i}}}}={\frac {{E_{1}G_{1}}+{E_{2}G_{2}}+{E_{3}G_{3}}+\ldots +{E_{i}G_{i}}}{G_{1}+G_{2}+G_{3}+\ldots +G_{i}}},}

где: Gi{\displaystyle G_{i}} — проводимость участка цепи, равная 1Ri.{\displaystyle {\frac {1}{R_{i}}}.}

Для определения эквивалентного сопротивления генератора применяется расчет последовательно и параллельно соединённых сопротивлений, а также, в случае более сложных схем, применяют преобразование треугольник-звезда.

После определения параметров эквивалентного генератора можно определить ток в нагрузке при любом значении сопротивления нагрузки по формуле:

IH=EeqvReqv+RH.{\displaystyle I_{H}={\frac {E_{eqv}}{R_{eqv}+R_{H}}}.}

Любой сколь угодно сложный активный двухполюсник можно представить эквивалентным генератором, ЭДС которого равна напряжению холостого хода на зажимах двухполюсника, а внутреннее сопротивление равно входному сопротивлению пассивного двухполюсника со стороны тех же зажимов. При определении входного сопротивления все источники должны быть заменены своими внутренними сопротивлениями — источники ЭДС закорачиваются, а источники тока размыкаются.

  • Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. 2002. — ISBN 5-8297-0026-3

Электрический генератор — это… Что такое Электрический генератор?

Основная статья: Электрогенераторы и электродвигатели

Электрогенераторы в начале XX века


Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

История

Русский ученый Э.Х.Ленц еще в 1833 г. указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если ее питать током, и может служить генератором электрического тока, если ее ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838 г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток. Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843 г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851 г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867 гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами. Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863 г.

При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866-1867 гг. ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

В 1870 г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г. А. Пачинотти.

В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873 г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км. Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос. Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой. Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:

  • Электростатическую индукцию
  • Трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков

По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.

Динамо-машина Йедлика

В 1827 венгр Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершен между 1852 и 1854) и стационарная и вращающаяся части были электромагнитные. Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора. Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.

Диск Фарадея

Диск Фарадея

В 1832 Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток.

Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле. Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска. Позднее в униполярных генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких магнитов, распределенных по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.

Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.

Однако, последние достижения (редкоземельные магниты), сделали возможными униполярные двигатели с магнитом на роторе, и должны внести много усовершенствований в старые конструкции.

Динамо-машина

Основная статья Динамо-машина

Динамо-машина стала первым электрическим генератором, способным вырабатывать мощность для промышленности. Работа динамо-машины основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первую динамо-машину построил Pixii Ипполит Пикси в 1832.

Пройдя ряд менее значимых открытий, динамо-машина стала прообразом, из которого появились дальнейшие изобретения, такие как двигатель постоянного тока, генератор переменного тока, синхронный двигатель, роторный преобразователь.

Динамо-машина состоит из статора, который создает постоянное магнитное поле, и набора обмоток, вращающихся в этом поле. На маленьких машинах постоянное магнитное поле могло создаваться с помощью постоянных магнитов, у крупных машин постоянное магнитное поле создается одним или несколькими электромагнитами, обмотки которых обычно называют обмотками возбуждения.

Большие мощные динамо-машины сейчас можно редко где увидеть, из-за большей универсальности использования переменного тока на сетях электропитания и электронных твердотельных преобразователей постоянного тока в переменный. Однако до того, как был открыт переменный ток, огромные динамо-машины, вырабатывающие постоянный ток, были единственной возможностью для выработки электроэнергии. Сейчас динамо-машины являются редкостью.

Другие электрические генераторы, использующие вращение

Без коммутатора динамо-машина является примером генератора переменного тока. С электромеханическим коммутатором динамо-машина — классический генератор постоянного тока. Генератор переменного тока должен всегда иметь постоянную частоту вращения ротора и быть синхронизирован с другими генераторами в сети распределения электропитания. Генератор постоянного тока может работать при любой частоте ротора в допустимых для него пределах, но вырабатывает постоянный ток.

МГД генератор

Магнитогидродинамический генератор напрямую вырабатывает электроэнергию из энергии движущейся через магнитное поле плазмы или другой подобной проводящей среды (например, жидкого электролита) без использования вращающихся частей. Разработка генераторов этого типа началась потому, что на его выходе получаются высокотемпературные продукты сгорания, которые можно использовать для нагрева пара в парогазовых электростанциях и таким образом повысить общий КПД. МГД генератор является обратимым устройством, то есть может быть использован и как двигатель.

Классификация

Электромеханические индукционные генераторы

Электромеханический генера́тор — это электрическая машина, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.

 — устанавливает связь между ЭДС и скоростью изменения магнитного потока пронизывающего обмотку генератора.

Классификация электромеханических генераторов

  • По типу первичного двигателя:
  • По виду выходного электрического тока
      • Трёхфазный генератор
        • С включением обмоток звездой
        • С включением обмоток треугольником
  • По способу возбуждения
    • С возбуждением постоянными магнитами
    • С внешним возбуждением
    • С самовозбуждением
      • С последовательным возбуждением
      • С параллельным возбуждением
      • Со смешанным возбуждением

См. также

Ссылки

Электрический генератор — это… Что такое Электрический генератор?

Основная статья: Электрогенераторы и электродвигатели

Электрогенераторы в начале XX века


Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

История

Русский ученый Э.Х.Ленц еще в 1833 г. указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если ее питать током, и может служить генератором электрического тока, если ее ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838 г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток. Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843 г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851 г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867 гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами. Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863 г.

При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866-1867 гг. ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

В 1870 г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г. А. Пачинотти.

В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873 г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км. Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос. Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой. Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:

  • Электростатическую индукцию
  • Трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков

По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.

Динамо-машина Йедлика

В 1827 венгр Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершен между 1852 и 1854) и стационарная и вращающаяся части были электромагнитные. Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора. Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.

Диск Фарадея

Диск Фарадея

В 1832 Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток.

Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле. Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска. Позднее в униполярных генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких магнитов, распределенных по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.

Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.

Однако, последние достижения (редкоземельные магниты), сделали возможными униполярные двигатели с магнитом на роторе, и должны внести много усовершенствований в старые конструкции.

Динамо-машина

Основная статья Динамо-машина

Динамо-машина стала первым электрическим генератором, способным вырабатывать мощность для промышленности. Работа динамо-машины основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первую динамо-машину построил Pixii Ипполит Пикси в 1832.

Пройдя ряд менее значимых открытий, динамо-машина стала прообразом, из которого появились дальнейшие изобретения, такие как двигатель постоянного тока, генератор переменного тока, синхронный двигатель, роторный преобразователь.

Динамо-машина состоит из статора, который создает постоянное магнитное поле, и набора обмоток, вращающихся в этом поле. На маленьких машинах постоянное магнитное поле могло создаваться с помощью постоянных магнитов, у крупных машин постоянное магнитное поле создается одним или несколькими электромагнитами, обмотки которых обычно называют обмотками возбуждения.

Большие мощные динамо-машины сейчас можно редко где увидеть, из-за большей универсальности использования переменного тока на сетях электропитания и электронных твердотельных преобразователей постоянного тока в переменный. Однако до того, как был открыт переменный ток, огромные динамо-машины, вырабатывающие постоянный ток, были единственной возможностью для выработки электроэнергии. Сейчас динамо-машины являются редкостью.

Другие электрические генераторы, использующие вращение

Без коммутатора динамо-машина является примером генератора переменного тока. С электромеханическим коммутатором динамо-машина — классический генератор постоянного тока. Генератор переменного тока должен всегда иметь постоянную частоту вращения ротора и быть синхронизирован с другими генераторами в сети распределения электропитания. Генератор постоянного тока может работать при любой частоте ротора в допустимых для него пределах, но вырабатывает постоянный ток.

МГД генератор

Магнитогидродинамический генератор напрямую вырабатывает электроэнергию из энергии движущейся через магнитное поле плазмы или другой подобной проводящей среды (например, жидкого электролита) без использования вращающихся частей. Разработка генераторов этого типа началась потому, что на его выходе получаются высокотемпературные продукты сгорания, которые можно использовать для нагрева пара в парогазовых электростанциях и таким образом повысить общий КПД. МГД генератор является обратимым устройством, то есть может быть использован и как двигатель.

Классификация

Электромеханические индукционные генераторы

Электромеханический генера́тор — это электрическая машина, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.

 — устанавливает связь между ЭДС и скоростью изменения магнитного потока пронизывающего обмотку генератора.

Классификация электромеханических генераторов

  • По типу первичного двигателя:
  • По виду выходного электрического тока
      • Трёхфазный генератор
        • С включением обмоток звездой
        • С включением обмоток треугольником
  • По способу возбуждения
    • С возбуждением постоянными магнитами
    • С внешним возбуждением
    • С самовозбуждением
      • С последовательным возбуждением
      • С параллельным возбуждением
      • Со смешанным возбуждением

См. также

Ссылки

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *