Что такое синхронный генератор, и чем он лучше АГ


Синхронный генератор
Синхронный генератор

Как известно, генератор предназначен для того, чтобы преобразовывать механическую энергию в электрическую. Благодаря ему автомобиль обеспечивается электрическим питанием, поэтому ген нередко называют электростанцией. Что такое синхронный генератор – это разновидность агрегата, который еще бывает асинхронным. Попробуем выяснить, чем он лучше АГ.

Применение СГ

Итак, синхронный ген (СГ) является устройством с неизменным электротоком, способный модифицировать конкретный тип энергии в электричество. К таким агрегатам относятся следующие виды генов: солнечные батареи, термонакопители, электростатические машины и т.д.

Широкое применение генераторов
Широкое применение генераторов

Синхронные гены или альтернаторы применяются, как источники электричества на мощных атомных, гидро- или теплостанциях. Применяют их также на передвижных электростанциях, автомобилях, самолетах и т.д. Главное, что альтернатор способен функционировать автономно и как ген, питающий подключенные к нему элементы, и как дополнительный агрегат в системе других генераторов.

СГ способен задействовать механизмы там, где нет основного питания электросетей. Благодаря такому свойству альтернаторы данного типа можно применять в сельских фермерствах, находящихся вдали от крупных населенных пунктов.

Схема и альтернат функционирования СГ

Принцип работы гена следующий: ротор вращается от источника энергии, в роли которого может выступать автодвигатель, электромотор или турбина. Ротор – это один из основных элементов СГ, который еще называют индуктором. Обмотка возбуждения находится внутри него.

Кроме индуктора, важным элементом СГ является статор. Он представляет собой неподвижную часть.

Помимо ротора и статора в состав гена входит еще много дополнительных элементов, таких как обмотки, выпрямитель, катушка и т.д.

Функционирование синхронного генератора
Функционирование синхронного генератора

Примечательно, что СГ может функционировать в двух режимах: как источник питания, и как двигатель. Все зависит от силы прибора.

Различают графики работы СГ: график работы в качестве гена и схемограмма функционирования в роли двигателя. СГ принимает механическую энергию, а выпускает электрическую, в первом случае. Во втором – наоборот, принимает электрическую, выпускает механическую.

В качестве гена переменного тока прибор используется в автомобилях, на электростанциях, а в качестве мотора – когда нужен двигатель, функционирующий с ПКЧ (регулярным вращением).

По сути, всю работу СГ можно представить, как функционирование электромагнитной индукции. Когда задействован режим ХХ, якорная катушка внутри прибора разомкнута. Магнитполе агрегата формируется в данном случае только обмоткой индуктора. Когда же задействовано вращение, в приборе присутствует постоянная частота и магнитполе передвигается посредством шунта статорной обмотки. Иными словами, в гене появляется ЭДС (скалярная величина).

Графики работы гена синхронного
Графики работы гена синхронного

Внимание. ЭДС может носить разный характер: быть пульсирующего типа, синусоидального или несинусоидального.

Обмотка возбуждения в СГ – это важный элемент, создающий в гене первоначальное магнитполе для задействования катушки якоря.

Интересный момент. Если якорь СГ вращают с конкретной скоростью, а затем инициируют возбуждение, энергетический поток передвигается посредством шунтов, а в фазах вызываются ЭДС-переменные.

Отличительным свойством СГ физики называют жесткую связь между частотой переменной ЭДС и частотой вращения индуктора. Все это выражается такой вот формулой.

Формула 1
Формула 1

Число пи в данной формуле, это количество полюсов обмотки индуктора и статора.

Функциональная схема СГ представлена на фото ниже.

Функциональная схема СГ
Функциональная схема СГ

3-фазная электрообмотка, которая находится на статоре, ничем не разнится от обмотки того же типа АГ. Магнит с электрообмоткой нашел место на индукторе (на фото отмечен цифрой 2). Питание он получает посредством подачи неизменного напряжения через контактно-щеточный узел.

В некоторых случаях вместо электромагнитов в конструкции индуктора могут применяться магниты с неизменными свойствами. Тогда уже потребность в контактно-щеточном узле на валу отпадает, однако в разы ограничивается стабильность выходного напряжения.

На схеме ПД отмечен двигатель, его вал. В качестве него, как и говорилось выше, может быть использован не только автомотор, но и турбина либо иной источник механической энергии. Индуктор СГ задействуется с синхронной скоростью, что очень важно, и в буквальном смысле, определяет характерные черты этого вида гена.

Магнитполе индуктора тоже вращается с синхронной амплитудой, тем самым, индуцируя симметричную 3-фазную систему ЭДС.

С1, С2 и С3 на схеме – это клеммозажимы статорной обмотки. Именно через них с подключением нагрузки в фазах появляются токи, энергия, создающая вращающееся магнитполе. Амплитуда вращения этого поля идентична частоте вращения индуктора. Получается, что в СГ магнитполя статора и индуктора совершают обороты с равной скоростью – синхронно.

Тут пришло время представить другую формулу.

Формула 2
Формула 2

Она показывает, что при неизменной амплитуде вращения ротора, обозначенного латинской n, схемограмма ЭДС статорной обмотки будет непременно определяться, как закономерность рассредотачивания магнитиндукции.


4 способа, как возбудить СГ

Главнейшим вариантом возбуждения СГ является электромагнитный импульс. Он не столько основной, сколько самый распространенный. Его принцип действия базируется на том, что обмотка возбуждения располагается на полюсах индуктора. Когда ток проходит по обмотке, возникает сила, создающая в гене магнитполе.

Интересный момент. До недавнего времени в качестве питателя возбудительной электрообмотки применялись особые гены постоянного тока, которые иначе назывались возбудителями. На схеме они отмечены, как В.

Контактная (а) и бесконтактная системы (б)
Контактная (а) и бесконтактная системы (б)

ОВ – это обмотка возбуждения. Она получает энергию от другого гена, называемого ПВ. Индуктор СГ, вместе с элементами возбуждения установлен на едином валу. Соответственно, и вращение проводится одновременно.

Напряжение в обмотку СГ идет через контактные кольца и щеточный узел. Для коррекции напряжения используются особые приборы, задействуемые в цепи возбуждения.

В СГ применяется также и другой способ возбуждения. Он осуществляется путем применения БСЭВ. Здесь уже контактные кольца индуктора не обязательны, а в качестве возбудителя используется обращенный СГ переменного тока, отмеченный как В на схеме б).

3-фазная обмотка возбудителя, указанная цифрой 2, располагается на индукторе и задействуется одновременно с обмоткой возбуждения СГ. Электросоединение осуществляется посредством циркулирующего выпрямителя (отмечен цифрой 3). Как и говорилось выше, здесь уже нет щеточного узла и контактов.

Питание напряжением обмотки 1 осуществляется через подвозбудитель ПВ, являющегося геном постоянного тока.

Внимание. Из-за того что в этой схеме нет скользящей контактной группы, ее эксплуатационная надежность и КПД увеличивается в несколько раз.

Примечательно, что в СГ, включая гидравлические гены, популярность получил способ самовозбуждения.

Принцип самовозбуждения синхронных генераторов
Принцип самовозбуждения синхронных генераторов

Это третий распространенный способ возбуждения СГ. Он подразумевает отбор, требуемый для возбуждения энергии, от статорной обмотки. Затем это напряжение преобразуется в ЭПТ (энергию тока постоянного тока). Другими словами, правило внутреннего возбуждения связано с использованием рудиментарного (остаточного) магнетизма автомобиля.

Вторая картинка (б) на схеме показывает, как происходит автосамовозбуждение СГ с преобразователем-трансформатором и выпрямителем с переменными свойствами (отмечены, как ВТ и ТП).

Именно через них напряжение из цепи статора подается в обмотку возбуждения, конечно, после преобразования. Регулирование ТП проводится путем использования АРВ, на который идут импульсы тока на входе генератора. Схема также содержит отдельный блок защиты (БЗ), не допускающий перегорание ОВ (обмотки) от различных перегрузок.

Рассчитано, что вольтаж, расходуемый на ажитацию тока, составляет не больше 0,2-5 процентов полезной мощности. Чем мощнее сам ген, тем меньше вольтажа затрачивается.

В генах с малой мощностью применим также способ возбуждения, основанный на действии постоянных магнитов. Они находят место на роторе. Данный вариант дает возможность ограничиться собственными ресурсами. Другими словами, более нет необходимости использовать обмотку возбуждения.

Путем задействования такой схемы в генах с малой мощностью удастся в разы упростить конструкцию. Она станет более надежной и одновременно экономичной. Но, по причине дороговизны материалов, используемых для производства магнитов с константными свойствами, а также из-за сложности их обработки, этот способ возбуждения не получил должной степени распространения. И по этой же причине, сфера применения 4-го способа ограничена генами, выпускающими не больше нескольких кВт.

СГ – это основа электроэнергетики, если иметь в виду тот факт, что 99 процентов всего электричества на планете вырабатывается посредством турбинных или гидравлических генов.

Помимо неподвижных и переносных электростанций, СГ широко используются в автомобильной промышленности, устанавливаются вместе с ДВС бензинового и дизельного типов.

В чем отличие СГ от АГ

Асинхронный генератор в отличие от СГ не имеет жесткой зависимости от результата – амплитуда вращения индуктора+ЭДС. В данном случае несходность между значениями характеризует показатель скольжения или просто s.

Разница между АГ и СГ
Разница между АГ и СГ

В нормальном режиме работы электромагнитполе АГ под давлением ограничивает амплитуду вращения индуктора. Соответственно, частота изменения магнитполя уменьшается, а коэффициент s получает отрицательное значение.

К АГ относятся тахогены и различные преобразователи частот. АГ так же, как и СГ, могут иметь несколько способов возбуждения. Группировать их принято так: независимый способ и самовозбуждение.

Само- или внутреннее возбуждение в АГ организовывается либо с помощью конденсаторов, задействованных в цепи статора или индуктора, либо с помощью вентиль-преобразователей, имеющих обычный или искусственный вариант подключения.

Автономное возбуждение проводится от внешнего источника.

Итак, АГ можно назвать двигателем, функционирующим в режиме торможения. СГ – работает, как помним, в режиме генерации энергии.

АГ менее распространены, так как имеют ряд недостатков:

  • они потребляет намагничивающий вольтаж значительной силы;
  • для их нормальной работы потребуются конденсаторы;
  • они ненадежны в экстремальных условиях работы.

Кроме того, и это важнее всего, АГ имеют зависимость параметров тока/частоты от функционирования двигателя. Иными словами, если мотор будет функционировать нестабильно, то и ген будет вырабатывать ток со спадами, что в автомобильной электрической цепи неприемлемо.

Применение АГ ограничивается сферой, где используются только приборы, не имеющие высокие стартовые токи.

Среди преимуществ АГ можно выделить дешевизну и более высокий класс защиты от внешних условий. Преимуществами же СГ можно назвать обеспечение высокой стабильности выхода тока. Минусом – перегрузка напряжения, которая возможна, если превышается значение допустимой нагрузки.

Разница между СГ и АГ в таблице.

Устройство синхронного генератораУстройство асинхронного генератора
Синхронный генератор состоит из  статора, ротора и блока управления.Асинхронный генератор состоит из статора и ротора.
Статор  и ротор  выполнены   из  тонких пластин из электротехнической стали, хорошо проводящих магнитный поток и плохо — электрические вихревые токи.Статор имеет такое же устройство, как и у синхронного генератора. Его обмотка также может быть однофазной или трёхфазной.
Витки статорной обмотки размещены в пазах статора равномерно по окружности. Для однофазного генератора — одна фазная обмотка,  для трёхфазного генератора — три  фазные обмотки, соединённые в звезду или треугольник и сдвинутые по окружности одна относительно другой на 120 градусов.Ротор короткозамкнутый: токопроводящая часть ротора выполнена из алюминия и напоминает беличью клетку.
Ротор  представляет собой  явнополюсный  биполярный электромагнит постоянного тока.
Обмотка  ротора соединена  через  два  щёточные узла,  представляющие пару «щётка — кольцо», с блоком управления. Последний  осуществляет  её питание постоянным током и обеспечивает необходимые электрические связи для автоматического регулирования.

Классы защиты

Класс защиты генов обозначается буквами IP и цифрами, несущими определенный конкретный смысл.

Как правило, СГ более соответствуют классу IP 23, тогда как АГ – IP 54. Однако в последнее время наметился прогресс – стали выпускаться СГ с более высокой степенью защиты, практически такой же, как у АГ.

Определяющим фактором разности класса защиты обоих генов является конструктивная особенность. Так, АГ с индуктором, напоминающим маховик, имеет более упрощенную конструкцию, которую легче защитить.

Подробнее о расшифровке классов защиты смотрите в таблице.

Расшифровка
0защита отсутствует 
1защита от предметов > 50 мм 
2защита от предметов > 12 мм 
3защита от предметов > 2.5 мм 
4защита от предметов > 1 мм 
5защита от пыли 
Вторая цифра означает: 
0защита отсутствует 
1защита от вертикально падающих капель воды 
2защита от капель воды, падающих под углом 15 градусов к вертикали 
3защита от брызг воды, падающих под углом 60 градусов к вертикали 
4защита от водяной пыли, распыленной со всех сторон 
5защита от струй воды со всех сторон 

СГ или синхронный генератор является более усовершенствованным, хотя и сложным устройством, чем АГ – асинхронный агрегат. Раньше однозначно можно было заявить, что если вас интересовала меньшая функциональность, но более высокая степень защиты, то и выбирать следовало АГ. Однако с выходом новых СГ с высоким классом защиты, они явно сместили асинхронные генераторы со своих позиций.

Устал платить за штрафы? Выход есть!

Забудьте о штрафах с камер! Абсолютно легальная новинка - НАНОПЛЁНКА, которая скрывает ваши номера от ИК камер (которые стоят по всем городам). Подробнее по ссылке.

  • Абсолютно легально (статья 12.2.4).
  • Скрывает от фото-видеофиксации.
  • Устанавливается самостоятельно за 2 минуты.
  • Не видна человеческому глазу, не портится из-за погоды.
  • Гарантия 2 года,
загрузка...

Добавить комментарий