Индукторный генератор: принцип работы, устройство и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как устроен индукторный генератор. Каков принцип его работы. Где применяются индукторные генераторы. Какие у них преимущества и недостатки. Чем отличаются от других типов генераторов.

Содержание

Что такое индукторный генератор и как он устроен

Индукторный генератор — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Основные элементы конструкции индукторного генератора:

Статор — неподвижная часть с обмотками
Ротор — вращающаяся часть с зубцами из ферромагнитного материала
Обмотка возбуждения — создает основное магнитное поле
Обмотка якоря — в ней индуцируется переменный ток

Особенность индукторного генератора в том, что его ротор не имеет обмоток, а выполнен в виде зубчатого колеса из магнитомягкого материала. Это упрощает конструкцию и повышает надежность.

Принцип работы индукторного генератора

Принцип действия индукторного генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Как происходит генерация электроэнергии:

Обмотка возбуждения создает постоянное магнитное поле в статоре
При вращении зубчатого ротора магнитное поле в зазоре между статором и ротором периодически изменяется
Изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДС в обмотке якоря статора
В результате в обмотке якоря возникает переменный электрический ток

Частота генерируемого тока зависит от скорости вращения ротора и числа зубцов. Чем быстрее вращение и больше зубцов, тем выше частота.

Преимущества и недостатки индукторных генераторов

Индукторные генераторы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами электрогенераторов:

Простая и надежная конструкция ротора без обмоток
Высокая механическая прочность ротора
Возможность работы на высоких скоростях вращения
Хорошие массогабаритные показатели
Отсутствие скользящих контактов

К недостаткам индукторных генераторов можно отнести:

Сложность регулирования выходного напряжения
Повышенный расход меди на обмотки статора
Относительно низкий КПД из-за потерь в стали

Области применения индукторных генераторов

Благодаря своим особенностям индукторные генераторы нашли применение в следующих областях:

Ветроэнергетика — в качестве генераторов для ветроустановок
Малая гидроэнергетика — в микро-ГЭС
Автономные энергоустановки
Портативные и мобильные электрогенераторы
Системы электроснабжения транспортных средств
Аварийные источники питания

Особенно эффективно использование индукторных генераторов в системах с переменной скоростью вращения первичного двигателя.

Сравнение индукторного генератора с другими типами

Чем отличается индукторный генератор от других распространенных типов электрогенераторов:

Синхронный генератор — имеет обмотку возбуждения на роторе, требует системы возбуждения
Асинхронный генератор — нуждается во внешнем источнике реактивной мощности
Генератор постоянного тока — имеет коллектор, требующий обслуживания

Индукторный генератор лишен этих недостатков, что делает его привлекательным для ряда применений.

Конструктивные особенности современных индукторных генераторов

В современных индукторных генераторах применяются следующие конструктивные решения для улучшения характеристик:

Использование постоянных магнитов в системе возбуждения
Применение специальных магнитных материалов для снижения потерь
Оптимизация геометрии зубцовой зоны статора и ротора
Использование многофазных обмоток статора
Применение полупроводниковых преобразователей для стабилизации выходных параметров

Это позволяет создавать высокоэффективные индукторные генераторы для различных применений.

Перспективы развития и совершенствования индукторных генераторов

Основные направления совершенствования индукторных генераторов:

Повышение удельной мощности и КПД
Улучшение массогабаритных показателей
Снижение пульсаций выходного напряжения
Расширение диапазона регулирования выходных параметров
Интеграция с силовой электроникой и системами управления

Развитие технологий магнитных материалов и силовой электроники открывает новые возможности для создания высокоэффективных индукторных генераторов нового поколения.

СИНХРОННЫЙ ИНДУКТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР СГИ -350-0,69-16ом1

Генератор синхронный индукторный СГИ-350-0,69-16ОМ1 предназначен для преобразования механической энергии турбин установки ветряной электрической турбогенераторной ТГ-1000 в электрическую энергию переменного трехфазного тока частотой 50 Гц.

Описание Детали

Номинальный режим работы генератора — продолжительный S1 по ГОСТ 183.
Вид климатического исполнения генераторов – ОМ1.
Степень защиты генераторов — IP 54 по ГОСТ 17494-87.
Охлаждение генератора – воздушное, набегающим потоком воздуха. Скорость набегающего потока – 40 м/c.
Соединение фаз генератора – звезда с выведенным нейтральным проводом
Изоляция обмоток генераторов должна иметь класс F по ГОСТ 8865-93.
Направление вращения — левое, если смотреть на генератор со стороны присоединения его к приводному двигателю.
Основные технические характеристики генераторов приведены в таблице 43.


Обозначение типоисполнения генератора	Номинальная мощность при соsφ=0,95 (при отстающем токе), кВт	Напряжение, В	Частота вращения, об/мин
СГИ-350-0,69-16ОМ1	350	690	375

Мощность, кВт
Синхронная частота вращения, об/мин
Напряжение, В

Индукторный генератор

Авторы патента:

Гнатюк В. И.

Ханевич С.В.

Сафронов О.В.

Пинчук О.Н.

Дудченко В.Н.

H02K19/16 — синхронные генераторы

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных источниках электроэнергии, работающих в условиях постоянного воздействия силы тяжести. Повышение надежности индукторного генератора достигается за счет того, что он содержит полый статор, обмотку якоря, обмотку возбуждения, штуцеры, трубопроводы, расширительный бак, источник воздушных пузырей. Статор имеет внутреннюю цилиндрическую полость, заполненную магнитной жидкостью, в которой циркулируют пузыри воздуха. 1 ил.

Изобретение относится в электротехнике, а именно к электрическим машинам, и может быть использовано в автономных источниках электроэнергии, работающих в условиях постоянного воздействия силы тяжести.

Известны индукторные генераторы, в которых изменение магнитного потока осуществляется изменением взаимной индуктивности между обмоткой возбуждения и обмоткой якоря, вызванным перемещением ферромагнитной массы [1].

Недостатком данного генератора является низкая надежность работы объясняющаяся наличием вращающегося элемента конструкции.

Известны способы изменения параметров магнитного поля в зазоре электрических машин путем магнитожидкостного уплотнителя вала [2].

Недостатком данного способа является низкая экономическая эффективность, вызванная снижением коэффициента мощности.

Наиболее близким по технической сущности является индукторный генератор, в котором изменение магнитного потока осуществляется изменением взаимной индуктивности между обмоткой возбуждения и обмоткой якоря, вызванным перемещением ферромагнитной массы [3].

Недостатком данного генератора является низкая надежность работы из-за наличия в конструкции вращающейся детали.

Целью изобретения — повышение надежности индукторного генератора.

Цель изобретения достигается тем, что статор выполнен цилиндрическим, полым внутри и заполненным магнитной жидкостью, обмотка якоря уложена на статор в концентрические пазы, проточенные на его наружной поверхности, обмотка возбуждения намотана концентрически на наружную поверхность статора, а во внутренней полости статора по магнитной жидкости циркулируют пузыри воздуха Прохождение пузырей воздуха через магнитную жидкость решает задачу изменения взаимной индуктивности между обмоткой возбуждения и обмоткой якоря генератора.

Укладка обмотки якоря на статор в концентрические пазы намотка обмотки возбуждения на наружную поверхность статора позволяют существенно снизить магнитное сопротивление магнитной цепи индукторного генератора.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

Устройство содержит полый внутри статор 1, обмотку якоря 2, обмотку возбуждения 3, штуцер 4, трубопроводы 5, расширительный бак 6, источник сжатого воздуха 7. Статор 1 имеет внутри цилиндрическую полость 8, заполненную магнитной жидкостью 9, по которой циркулируют пузыри воздуха 10. Расширительный бак 6 соединен с одним из штуцеров 4 трубопроводом 5.

Индукторный генератор работает следующим образом.

Обмотка возбуждения создает постоянный во времени магнитный поток, который, замыкаясь по статору индукторного генератора 1 и магнитной жидкости 9, заполняющей внутреннюю полость 8 статора 1, сцепляется с обмоткой якоря 2. Под действием источника сжатого воздуха 7 в гидравлической цепи, состоящей из внутренней полости 8, штуцеров 4 и трубопроводов 5, а также самого источника сжатого воздуха 7, циркулируют пузыри 10 воздуха, которые перемещаются периодически от источника сжатого воздуха 7 по трубопроводу 5, штуцеру 4, внутренней полости 8 статора 1 и выходят на поверхность в расширительном баке 6.

Периодическое перемещение воздушных пузырей 10 в магнитной жидкости 9, заполняющей внутреннюю полость 8 статора 1, производит периодическое изменение магнитного сопротивления магнитной цепи индукторного генератора. Это приводит к периодическому изменению взаимной индуктивности между обмоткой возбуждения 3 и обмоткой якоря 2 и, естественно, к пульсации магнитного потока индукторного генератора.

Таким образом, предлагаемая конструкция индукторного генератора существенно повышает надежность его работы благодаря отсутствию в конструкции вращающихся деталей.

Формула изобретения

Индукторный генератор, включающий статор, обмотку якоря и обмотку возбуждения, отличающийся тем, что статор выполнен цилиндрическим, полым внутри и заполненным магнитной жидкостью, обмотка якоря уложена на статор в концентрические пазы, проточенные на его наружной поверхности, обмотка возбуждения намотана концентрически на наружную поверхность статора, а во внутренней полости статора по магнитной жидкости циркулируют пузыри воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Похожие патенты:

Способ и устройство для преобразования высокочастотного электрического генератора в низкочастотный // 2102828

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выработки высокочастотным генератором как высокочастотного, так и низкочастотного электрического поля, в частности тока потребительской частоты 50 Гц

Генератор электрической энергии // 2080732

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в народном хозяйстве и в быту

Двухмашинный агрегат транспортного средства // 1823081

Синхронный щеточный генератор // 1749986

Синхронный генератор // 1721734

Изобретение относится к бесконтактным синхронным электрическим машинам и может быть использовано для электроснабжения транспортных средств

Трехфазная 2р-полюсная машина // 1684868

Многофазный выпрямительный генератор // 1658302

Изобретение относится к электромашиностроению

Самовозбуждающаяся бесщеточная синхронная машина // 1510669

Синхронный генератор // 1444920

Изобретение относится к электротехнике и касается выполнения электрических генераторов высокого напряжеНИН

Торцовый генератор // 1389644

Генератор переменного тока // 2121208

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей выполнения генераторных установок, предназначенных для работы в атмосфере, разогретой горячими деталями двигателя внутреннего сгорания, а также загрязненной пылью и парами масел

Генератор // 2131164

Изобретение относится к электротехнике и представляет собой магнитоэлектрический генератор, выполненный в виде внутренних и внешних блоков роторов и статоров

Генератор электрической энергии // 2148887

Изобретение относится к области электротехники и энергетики и может найти применение в народном хозяйстве и быту, в местах наибольшей потребности в электроэнергии для питания электрических двигателей

Многополюсный тихоходный торцевой синхронный электрический генератор // 2152118

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и касается усовершенствования конструкции синхронных генераторов, которые могут быть использованы преимущественно для получения электрической энергии в ветроагрегатах

Бесщеточная электрическая машина // 2170487

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обратимым бесщеточным электрическим машинам с электромагнитным возбуждением

Многофазный генератор электрической энергии // 2172550

Изобретение относится к электротехнике, а именно к многофазному генератору электрической энергии (1), содержащему ротор (2) и статор (3), центрированные на оси вращения (4) ротора (2) и охлаждаемые при помощи по крайней мере одной цепи циркуляции (5) охлаждающей среды, генератор подает электрическое питание в сеть (6) через по крайней мере одно устройство согласования (7) рабочей частоты генератора (1) с частотой сети (6), в состав статора (3) входит, по крайней мере, часть 9 элементов устройства (7) согласования частоты

Электрическая машина леонтьева а. а. // 2175164

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции генераторов и двигателей пульсирующего тока

Универсальный магнитожидкостный генератор электрического тока // 2183377

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электротехническим машинам, преобразующим механические вращательные движения в электрический ток, и может быть использовано в энергетике, на транспорте или как автономный источник электрического тока

Бесконтактный когтеобразный генератор // 2194350

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электротехнической промышленности, а именно к электрооборудованию автомобилей, тракторов, самолетов и других самоходных машин

Полисетевая генераторная установка // 2194351

Изобретение относится к области электротехники и машиностроения, а именно к полисетевым генераторным установкам, обслуживающим несколько различных сетей

Теория работы индукционного генератора

| www.

electriceasy.com

Как и машина постоянного тока, одна и та же асинхронная машина может использоваться в качестве асинхронного двигателя, а также в качестве асинхронного генератора

без каких-либо внутренних модификаций. Асинхронные генераторы также называются асинхронными генераторами .
Прежде чем начать объяснять принцип работы асинхронного генератора , я предполагаю, что вы знаете принцип работы асинхронного двигателя. В асинхронном двигателе ротор вращается из-за скольжения (то есть относительной скорости между вращающимся магнитным полем и ротором). Ротор пытается догнать синхронно вращающееся поле статора, но безуспешно. Если ротор догоняет синхронную скорость, относительная скорость будет равна нулю, и, следовательно, ротор не будет испытывать крутящего момента.
Но что, если ротор вращается со скоростью, превышающей синхронную скорость?

Как работают индукционные генераторы?

Предположим, источник переменного тока подключен к клеммам статора асинхронной машины. Вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, тянет ротор за собой (машина действует как двигатель).
Теперь, если ротор разгоняется до синхронной скорости с помощью первичного двигателя, скольжение будет равно нулю и, следовательно, чистый крутящий момент будет равен нулю. Ток ротора станет равным нулю, когда ротор работает на синхронной скорости.
Если ротор вращается со скоростью, превышающей синхронную скорость, скольжение становится отрицательным. Ток ротора генерируется в противоположном направлении, так как проводники ротора пересекают магнитное поле статора.
Этот генерируемый ток ротора создает вращающееся магнитное поле в роторе, которое толкает (силы в противоположном направлении) на поле статора. Это вызывает напряжение статора, которое толкает ток, вытекающий из обмотки статора, против приложенного напряжения. Таким образом, машина теперь
работает как асинхронный генератор (асинхронный генератор) .

Асинхронный генератор не является самовозбуждающейся машиной. Таким образом, при работе в качестве генератора машина получает реактивную мощность от линии электропередачи переменного тока и отдает активную мощность обратно в линию. Реактивная мощность необходима для создания вращающегося магнитного поля. Активная мощность, подаваемая обратно в линию, пропорциональна проскальзыванию выше синхронной скорости.

Асинхронный генератор с самовозбуждением

Понятно, что асинхронной машине для возбуждения нужна реактивная мощность, независимо от того, работает она как генератор или двигатель. Когда асинхронный генератор подключен к сети, он получает реактивную мощность из сети. Но что, если мы хотим использовать асинхронный генератор для питания нагрузки без использования внешнего источника (например, сети)?

Батарея конденсаторов может быть подключена к клеммам статора для подачи реактивной мощности на машину, а также на нагрузку. Когда ротор вращается с достаточной скоростью, на клеммах статора генерируется небольшое напряжение из-за остаточного магнетизма.

Из-за этого небольшого генерируемого напряжения вырабатывается конденсаторный ток, который обеспечивает дополнительную реактивную мощность для намагничивания.

Применение асинхронных генераторов: Асинхронные генераторы производят полезную мощность даже при различных скоростях вращения ротора. Следовательно, они подходят для ветряных турбин.

Преимущества: Асинхронные или асинхронные генераторы более надежны и не требуют коллекторно-щеточного устройства (как это необходимо в случае синхронных генераторов).

Одним из основных недостатков асинхронных генераторов является то, что они потребляют довольно большое количество реактивной мощности.

Асинхронный генератор

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является превосходным генератором, если его скорость превышает синхронную. Те же характеристики, которые делают этот двигатель предпочтительным по сравнению с другими типами двигателей, делают асинхронный генератор предпочтительным по сравнению с другими типами генераторов, а именно присущая конструкции с короткозамкнутым ротором прочность и простота систем управления.

Асинхронный двигатель становится генератором, когда он подключен к системе электроснабжения, а затем приводится в действие первичным двигателем со скоростью, превышающей его синхронную скорость. Первичным двигателем может быть турбина, двигатель, ветряная мельница или что-либо, способное обеспечить крутящий момент и скорость, необходимые для приведения двигателя в состояние повышенной скорости.

Рабочие характеристики генератора будут немного отличаться от характеристик двигателя. Как правило, скольжение оборотов и коэффициент мощности будут ниже, а эффективность будет выше. Различия могут быть настолько незначительными, что их невозможно обнаружить обычными методами полевых измерений.

Основным преимуществом асинхронного генератора является регулировка частоты. Скорость должна жестко регулироваться синхронным генератором, чтобы его частота не отклонялась от частоты сети. Выходная частота и напряжение регулируются системой питания индукционных генераторов и не зависят от колебаний скорости. Эффект саморегулирования минимизирует сложность системы управления.

Элементы управления асинхронным генератором очень похожи на элементы управления асинхронным двигателем, за некоторыми исключениями:

Система должна быть оснащена устройством ограничения скорости. В случае отключения электрической нагрузки крутящий момент первичного двигателя быстро разгонит систему до потенциально опасных скоростей. Чтобы избежать опасных скоростей, требуется тормоз, регулятор или отключение дроссельной заслонки.
Электрический выключатель должен быть оборудован для ограничения тока короткого замыкания. В случае короткого замыкания в энергосистеме генератор подает ток неисправности. Обычно достаточно токоограничивающих предохранителей.
Выходной крутящий момент первичного двигателя должен быть ограничен, чтобы предотвратить перегрузку генератора. Это управление может быть заложено в конструкции первичного двигателя или может быть основано на сигналах обратной связи с выхода генератора. В крайнем случае первичный двигатель может превысить крутящий момент генератора, что приведет к неуправляемой скорости.
В некоторых случаях скорость первичного двигателя может упасть ниже синхронной скорости генератора. Если это произойдет, генератор будет приводиться в движение системой. Если такая реакция нежелательна, то питание можно отключить с помощью реле обратной мощности или можно использовать обгонную муфту, чтобы двигатель мог работать без нагрузки.

Асинхронный генератор можно использовать в качестве двигателя для разгона системы до рабочей скорости, или для обеспечения ускорения можно использовать первичный двигатель. В последнем случае нет необходимости учитывать в конструкции машины пусковой момент и ток. Это дает разработчику полную свободу действий для максимизации эксплуатационных характеристик при полной нагрузке.

Индукционный генератор все чаще используется как средство восстановления энергии, которая в противном случае была бы потеряна. Генерируемая электроэнергия может потребляться на месте или продаваться коммунальной системе, питающей объект (Закон о регулировании коммунальных услуг требует, чтобы коммунальное предприятие покупало электроэнергию). Генераторы с приводом от ветра и воды используются для преобразования этой энергии в электрическую.

Некоторые типичные области применения индукционных генераторов:

Бумажная фабрика имеет значительный запас доступного топлива в виде коры и древесных отходов. При использовании в котле он может генерировать 4000 л.с. избыточного пара. Самая большая разовая нагрузка — это насос мощностью 2000 л.с., 3600 об/мин. При механическом соединении турбины мощностью 4000 л.с. и индукционного генератора мощностью 2000 л.с. с насосом топливо можно использовать для привода насоса и выработки электроэнергии мощностью 2000 л.с. В случае отказа пара генератор можно использовать в качестве двигателя для привода насоса. Кроме того, насос поможет ограничить превышение скорости системы в случае потери электрической нагрузки.
Компания водоснабжения обнаружила, что она может покупать электроэнергию по низким ценам в ночное время и продавать ее по высоким ценам в дневной период пиковой нагрузки. Он строит низкие и высокие накопительные бассейны и устанавливает несколько насосов. Ночью он перекачивает воду из нижнего бассейна в высокий, покупая электроэнергию у коммунальных предприятий. В пиковые периоды вода течет обратно вниз через насосы, приводя в движение двигатели как генераторы. Энергия продается коммунальным службам. Устройство настолько простое, что им можно управлять дистанционно.
Между пустыней и горами Калифорнии постоянно дует ветер. Предприимчивый человек установил несколько башен с ветряными мельницами, приводящими в действие индукционные генераторы через редукторы. Электроэнергия вырабатывается пропорционально скорости ветра и продается местной коммунальной службе. Работа «Ветряной электростанции» при наличии соответствующего оборудования практически автоматическая.

Существуют определенные различия в использовании индукционного генератора, которые следует учитывать при применении:

Следует избегать беспорядочного использования асинхронных двигателей в качестве генераторов. Возможно, конкретный двигатель не будет работать в качестве генератора из-за внутреннего магнитного насыщения. Внутреннее напряжение генератора может быть выше, чем у двигателя с тем же напряжением на клеммах. Магнитные плотности в машине определяются напряжением на воздушном зазоре схемы замещения. Для двигателя напряжение воздушного зазора обычно составляет 85-95 процентов от напряжения на клеммах. Для генератора напряжение воздушного зазора обычно составляет 100-105 процентов от напряжения на клеммах. Это более высокое напряжение воздушного зазора может привести к магнитному перенасыщению машины, высоким потерям в сердечнике и высоким токам намагничивания. Вполне возможно, что машина может перегреться при очень низкой выходной нагрузке. Если асинхронный двигатель будет использоваться в качестве генератора, эта информация должна быть известна разработчику, чтобы он мог сделать соответствующие допуски в плотности магнитного поля.
обычно рассчитаны на 460 вольт для использования в системе 480 вольт. Индукционные генераторы должны быть рассчитаны на номинальное напряжение системы или немного выше, чем ниже, потому что теперь генератор является источником питания, а не нагрузкой на энергосистему.
можно использовать для коррекции коэффициента мощности генератора так же, как и для асинхронного двигателя. Однако, если есть вероятность того, что генератор может превысить скорость, независимо от того, подключен ли он к системе питания или нет, конденсаторы должны быть подключены к системе через отдельный выключатель, чтобы при размыкании выключателя генератора конденсаторы не были отключены. подключен к генератору. В условиях превышения скорости конденсаторы могут перевозбуждать генератор и вызывать неконтролируемые высокие напряжения. Эти напряжения могут разрушить системы изоляции генератора, а также могут быть опасны для другого оборудования и персонала.