AC ve DC jeneratörler nasıl çalışır?

Elektrik mühendisliğindeki "nesil" terimi Latince'den gelmektedir. "doğum" demektir. Enerji ile ilgili olarak jeneratörlerin elektrik üreten teknik cihazlar olduğunu söyleyebiliriz.

Bu durumda, farklı enerji türlerinin dönüştürülmesiyle elektrik akımı üretilebileceğine dikkat edilmelidir, örneğin:

• kimyasal;

• ışık;

• termal ve diğerleri.

Tarihsel olarak jeneratörler, dönme kinetik enerjisini elektriğe dönüştüren yapılardır.

Üretilen elektriğin cinsine göre jeneratörler şunlardır:

1. doğru akım;

2. değişken.

En basit jeneratörün çalışma prensibi

Mekanik enerjiyi dönüştürerek elektrik üretmek için modern elektrik tesisatları oluşturmayı mümkün kılan fiziksel yasalar, bilim adamları Oersted ve Faraday tarafından keşfedildi.

Herhangi bir jeneratör tasarımı geçerlidir elektromanyetik indüksiyon ilkesioluşturulan dönen bir manyetik alanla kesişmesi nedeniyle kapalı bir çerçevede bir elektrik akımı indüksiyonu olduğunda kalıcı mıknatıslar evde kullanım için basitleştirilmiş modellerde veya artan güce sahip endüstriyel ürünlerde uyarma bobinlerinde.

Çerçeveyi döndürdüğünüzde manyetik akının büyüklüğü değişir.

Döngüde indüklenen elektromotor kuvveti, kapalı bir S döngüsünde döngüye giren manyetik akının değişim hızına bağlıdır ve değeri ile doğru orantılıdır. Rotor ne kadar hızlı dönerse, üretilen voltaj o kadar yüksek olur.

Kapalı bir döngü oluşturmak ve elektrik akımını buradan yönlendirmek için, dönen çerçeve ile devrenin sabit bir kısmı arasında sürekli temas sağlayan bir toplayıcı ve bir fırça oluşturmak gerekliydi.

Kolektör plakalarına bastırılan yaylı fırçaların yapısı sayesinde elektrik akımı çıkış terminallerine iletilir ve buradan tüketicinin şebekesine geçer.

En basit DC jeneratörünün çalışma prensibi

Çerçeve eksen etrafında dönerken, sol ve sağ yarımları mıknatısların güney veya kuzey kutupları etrafında döner. İçlerinde her seferinde ters yöndeki akımların yönünde bir değişiklik olur, böylece her kutupta bir yönde akarlar.

Çıkış devresinde doğru akım oluşturmak için, bobinin her bir yarısı için toplayıcı düğümde bir yarım halka oluşturulur. Halkaya bitişik fırçalar, yalnızca işaretlerinin potansiyelini kaldırır: pozitif veya negatif.

Dönen çerçevenin yarı halkası açık olduğundan, akım maksimum değerine ulaştığında veya olmadığında momentler oluşur. Sadece yönü değil, aynı zamanda üretilen voltajın sabit bir değerini de korumak için, çerçeve özel olarak hazırlanmış bir teknolojiye göre yapılır:

• planlanan voltajın büyüklüğüne bağlı olarak bir değil, birkaç bobin kullanır;

• çerçeve sayısı bir kopya ile sınırlı değildir: voltaj düşüşünü aynı seviyede en iyi şekilde korumak için yeterli sayıda çerçeve oluşturmaya çalışırlar.

DC jeneratörde, rotor sargıları yuvalara yerleştirilmiştir. manyetik devre… Bu, indüklenen elektromanyetik alan kaybını azaltmaya izin verir.

DC jeneratörlerinin tasarım özellikleri

Cihazın ana unsurları şunlardır:

• harici güç çerçevesi;

• manyetik kutuplar;

• stator;

• dönen rotor;

• fırçalı anahtar bloğu.

Genel yapıya mekanik güç vermek için çelik alaşımlardan veya dökme demirden yapılmış çerçeve. Mahfazanın ek bir görevi de kutuplar arasındaki manyetik akıyı aktarmaktır.

Mıknatısların gövdeye pim veya cıvatalarla tutturulmuş kutupları. Üzerlerine bir bobin monte edilmiştir.

Boyunduruk veya iskelet olarak da adlandırılan bir stator, ferromanyetik malzemelerden yapılmıştır. Uyarma bobininin bobini üzerine yerleştirilir. Manyetik alanını oluşturan manyetik kutuplarla donatılmış stator çekirdeği.

Rotorun eş anlamlısı vardır: çapa. Manyetik çekirdeği, girdap akımlarının oluşumunu azaltan ve verimliliği artıran lamine plakalardan oluşur. Rotor ve/veya kendinden tahrikli sargılar çekirdek kanallarına yerleştirilmiştir.

Fırçalı bir anahtarlama düğümü, farklı sayıda kutba sahip olabilir, ancak her zaman ikinin katıdır. Fırça malzemesi genellikle grafittir. Toplayıcı plakalar, akım iletiminin elektriksel özelliklerine en uygun metal olarak bakırdan yapılmıştır.

Anahtar kullanımı sayesinde, DC jeneratörünün çıkış terminallerinde titreşimli bir sinyal üretilir.

DC jeneratörlerinin ana yapı türleri

Uyarma bobininin güç kaynağı tipine göre cihazlar ayırt edilir:

1. kendini uyarma ile;

2. bağımsız katılım temelinde faaliyet göstermek.

İlk ürünler şunları yapabilir:

• kalıcı mıknatıslar kullanın;

• veya harici kaynaklardan çalıştırın, örneğin piller, rüzgar türbinleri...

Bağımsız olarak anahtarlanan jeneratörler, bağlanabilen kendi sargılarından çalışır:

• sırayla;

• şantlar veya paralel uyarım.

Böyle bir bağlantı için seçeneklerden biri şemada gösterilmiştir.

Bir DC jeneratörüne örnek olarak, geçmişte otomotiv mühendisliğinde sıklıkla kullanılan bir tasarım verilebilir. Yapısı bir endüksiyon motorununkiyle aynıdır.

Bu tür toplayıcı yapılar aynı anda motor veya jeneratör modunda çalışabilir. Bundan dolayı mevcut hibrit araçlarda yaygınlaşmıştır.

Çapa oluşturma süreci

Bu, fırça basıncı yanlış ayarlandığında boş modda meydana gelir ve yetersiz bir sürtünme modu oluşturur. Bu, artan kıvılcım nedeniyle manyetik alanlarda bir azalmaya veya yangına neden olabilir.

azaltmanın yolları şunlardır:

• ek kutupları bağlayarak manyetik alanların telafisi;

• toplayıcı fırçaların konumunun ofsetinin ayarlanması.

DC jeneratörlerinin avantajları

Onlar içerir:

• histerezis ve girdap akımı oluşumundan kaynaklanan kayıplar olmadan;

• aşırı koşullarda çalışmak;

• azaltılmış ağırlık ve küçük boyutlar.

En basit alternatörün çalışma prensibi

Bu tasarımın içinde, önceki analogdakiyle aynı ayrıntılar kullanılmıştır:

• manyetik alan;

• dönen çerçeve;

• mevcut tahliye fırçaları ile kollektör bloğu.

Ana fark, çerçeve fırçalar arasında döndüğünde, konumlarını döngüsel olarak değiştirmeden çerçevenin yarısı ile sürekli temas kurulacak şekilde tasarlanmış kollektör düzeneğinin tasarımında yatmaktadır.

Bu nedenle, her iki yarıda da harmonik yasalarına göre değişen akım, tamamen değişmeden fırçalara ve ardından bunlar aracılığıyla tüketici devresine aktarılır.

Doğal olarak, çerçeve, optimum gerilimi elde etmek için bir turdan değil, hesaplanan bir sayıdan sarılarak oluşturulur.

Bu nedenle, DC ve AC jeneratörlerin çalışma prensibi ortaktır ve tasarım farklılıkları aşağıdakilerin üretimindedir:

• dönen rotor toplayıcı düzeneği;

• rotor sargı konfigürasyonu.

Endüstriyel alternatörlerin tasarım özellikleri

Rotorun yakındaki bir türbinden dönme hareketi aldığı bir endüstriyel endüksiyon jeneratörünün ana parçalarını düşünün. Stator yapısı bir elektromıknatıs (manyetik alan bir dizi kalıcı mıknatıs tarafından oluşturulabilmesine rağmen) ve belirli sayıda dönüşe sahip bir rotor sargısı içerir.

Her döngüde, her birine art arda eklenen ve çıkış terminallerinde bağlı tüketicilerin besleme devresine sağlanan voltajın toplam değerini oluşturan bir elektromotor kuvveti indüklenir.

Jeneratörün çıkışındaki EMF'nin genliğini artırmak için, kanallı lamine plakalar şeklinde özel derecelerde elektrik çeliği kullanılması nedeniyle iki manyetik devreden oluşan özel bir manyetik sistem tasarımı kullanılır. Bobinler içlerine yerleştirilmiştir.

Jeneratör mahfazasında, manyetik alan oluşturan bir bobini barındırmak için kanalları olan bir stator çekirdeği vardır.

Yataklar üzerinde dönen rotor ayrıca, içinde indüklenmiş bir EMF alan bir bobinin monte edildiği yarıklı bir manyetik devreye sahiptir. Dikey bir düzenlemeye ve karşılık gelen yatak tasarımına sahip jeneratörler olmasına rağmen, genellikle dönme ekseni için yatay yön seçilir.

Stator ve rotor arasında her zaman dönüşü sağlamak ve sıkışmayı önlemek için gerekli olan bir boşluk oluşturulur. Fakat aynı zamanda içinde manyetik indüksiyon enerjisi kaybı vardır. Bu nedenle, her iki gereksinimi de en uygun şekilde dikkate alarak mümkün olduğunca küçük yapmaya çalışırlar.

Rotorla aynı şaft üzerinde yer alan uyarıcı nispeten düşük güçlü bir doğru akım jeneratörüdür. Amacı: bir elektrik jeneratörünün sargılarına bağımsız bir uyarma durumunda elektrik sağlamak.

Bu tür uyarıcılar, birincil veya yedek bir uyarım yöntemi oluştururken çoğunlukla türbin veya hidrolik jeneratör tasarımlarında kullanılır.

Endüstriyel bir jeneratörün fotoğrafı, dönen bir rotor yapısından akımları yakalamak için kayma halkaları ve fırçaların düzenini göstermektedir. Çalışma sırasında, bu cihaz sürekli mekanik ve elektriksel strese maruz kalır. Bunların üstesinden gelmek için, işletme sırasında periyodik kontroller ve önleyici tedbirler gerektiren karmaşık bir yapı oluşturulur.

Üretilen işletme maliyetlerini azaltmak için, dönen elektromanyetik alanlar arasındaki etkileşimi de kullanan farklı, alternatif bir teknoloji kullanılır. Rotor üzerine yalnızca kalıcı veya elektrikli mıknatıslar yerleştirilir ve sabit bobinden voltaj çıkarılır.

Böyle bir devre oluştururken, böyle bir yapı "alternatör" olarak adlandırılabilir. Senkron jeneratörlerde kullanılır: yüksek frekans, otomotiv, dizel lokomotifler ve gemiler, elektrik üretimi için elektrik santrali kurulumları.

Senkron jeneratörlerin özellikleri

çalışma prensibi

Eylemin adı ve ayırt edici özelliği, stator sargısında "f" indüklenen alternatif elektromotor kuvvetinin frekansı ile rotorun dönüşü arasında katı bir bağlantı oluşturulmasında yatmaktadır.

Statora üç fazlı bir sargı monte edilmiştir ve rotorda, bir fırça toplayıcı aracılığıyla DC devreleri tarafından beslenen bir çekirdeğe ve heyecan verici bir sargıya sahip bir elektromıknatıs vardır.

Rotor, bir mekanik enerji kaynağı - aynı hızda bir tahrik motoru - tarafından dönmeye sürülür. Manyetik alanı da aynı hareketi yapar.

Stator sargılarında aynı büyüklükte ancak yönü 120 derece kaydırılmış elektromotor kuvvetleri indüklenerek üç fazlı simetrik bir sistem oluşturulur.

Tüketici devrelerinin sargılarının uçlarına bağlandıklarında, devrede aynı şekilde dönen bir manyetik alan oluşturan faz akımları hareket etmeye başlar: senkronize olarak.

İndüklenen EMF'nin çıkış sinyalinin biçimi, yalnızca rotor kutupları ve stator plakaları arasındaki boşluktaki manyetik indüksiyon vektörünün dağıtım yasasına bağlıdır. Bu nedenle, indüksiyonun büyüklüğü sinüzoidal bir yasaya göre değiştiğinde böyle bir tasarım yaratmaya çalışırlar.

Boşluk sabit olduğunda, boşluk içindeki akış vektörü, çizgi grafik 1'de gösterildiği gibi yamuktur.

Ancak, boşluk maksimum değere getirilerek kutuplardaki saçakların şekli çarpık olacak şekilde düzeltilirse, o zaman 2. satırda gösterildiği gibi sinüzoidal bir dağılım elde etmek mümkündür. Uygulamada bu teknik kullanılmaktadır.

Senkron jeneratörler için uyarma devreleri

"OB" rotorunun uyarma sargısında ortaya çıkan manyetomotor kuvveti, manyetik alanını oluşturur. Bunun için aşağıdakilere dayalı farklı DC uyarıcı tasarımları vardır:

1. iletişim yöntemi;

2. temassız yöntem.

İlk durumda, uyarıcı "B" adı verilen ayrı bir jeneratör kullanılır. Uyarma bobini, "PV" ikaz cihazı olarak adlandırılan paralel uyarma ilkesine göre ek bir jeneratör tarafından çalıştırılır.

Tüm rotorlar ortak bir şaft üzerinde bulunur. Bu nedenle, tamamen aynı şekilde dönerler. Reostatlar r1 ve r2, uyarma ve yükselteç devrelerindeki akımları düzenlemek için kullanılır.

Temassız yöntemde rotor üzerinde kayma halkası yoktur. Doğrudan üzerine üç fazlı bir ikaz sargısı monte edilmiştir. Rotorla senkron olarak döner ve birlikte dönen doğrultucu aracılığıyla doğru elektrik akımını doğrudan ikaz sargısı "B"ye iletir.

Temassız devre türleri şunlardır:

1. statorun kendi sargısından kendi kendini uyarma sistemi;

2. otomatik şema.

İlk yöntemde, stator sargılarından gelen voltaj, düşürücü transformatöre ve ardından doğru akım üreten yarı iletken doğrultucu "PP" ye beslenir.

Bu yöntemle, kalıntı manyetizma fenomeni nedeniyle ilk uyarım yaratılır.

Kendini uyarma oluşturmak için otomatik şema, aşağıdakilerin kullanımını içerir:

• gerilim trafosu VT;

• otomatik uyarma regülatörü ATS;

• akım trafosu TT;

• doğrultucu VT;

• tristör dönüştürücü TP;

• koruma bloğu BZ.

Asenkron üreteçlerin özellikleri

Bu tasarımlar arasındaki temel fark, rotor hızı (nr) ile bobinde indüklenen EMF (n) arasında katı bir ilişkinin olmamasıdır. Aralarında "kayma" denilen bir fark her zaman vardır. Latince "S" harfi ile gösterilir ve S = (n-nr) / n formülü ile ifade edilir.

Yük jeneratöre bağlandığında, rotoru döndürmek için bir frenleme torku oluşturulur. Üretilen EMF'nin frekansını etkiler, negatif bir kayma oluşturur.

Asenkron jeneratörler için rotorun konstrüksiyonu yapılır:

• kısa devre;

• faz;

• oyuk.

Asenkron üreteçler şunlara sahip olabilir:

1. bağımsız heyecan;

2. kendini uyarma.

İlk durumda, harici bir AC voltaj kaynağı kullanılır ve ikinci durumda, birincil, ikincil veya her iki devre tipinde yarı iletken dönüştürücüler veya kapasitörler kullanılır.

Bu nedenle, alternatörler ve doğru akım jeneratörleri, yapım ilkelerinde pek çok ortak noktaya sahiptir, ancak belirli elemanların tasarımında farklılık gösterir.