Схема устройства генератора переменного тока. Генератор переменного тока: устройство, принцип работы и виды

Как устроен генератор переменного тока. Какие бывают виды генераторов. Как работает синхронный и асинхронный генератор. Какие особенности у однофазных и трехфазных генераторов. Как подключить генератор по схеме «звезда» и «треугольник». Чем отличаются бензиновые, дизельные и инверторные генераторы.

Содержание

Устройство генератора переменного тока

Генератор переменного тока состоит из следующих основных частей:

  • Статор — неподвижная часть с обмотками, в которых индуцируется электрический ток
  • Ротор — вращающаяся часть с постоянными магнитами или электромагнитами
  • Щеточно-контактный узел для отвода тока (в некоторых конструкциях)
  • Система возбуждения для создания магнитного поля
  • Корпус с подшипниками

Статор представляет собой цилиндр из электротехнической стали с пазами на внутренней поверхности. В пазы уложены обмотки, в которых при вращении ротора индуцируется переменный ток.

Ротор может быть с явно выраженными полюсами или неявнополюсным. На роторе размещаются постоянные магниты или обмотка возбуждения для создания магнитного поля.


Принцип работы генератора переменного тока

Принцип действия генератора переменного тока основан на явлении электромагнитной индукции. При вращении ротора его магнитное поле пересекает обмотки статора, наводя в них переменную ЭДС.

Основные этапы работы генератора:

  1. Создание магнитного поля ротора с помощью постоянных магнитов или обмотки возбуждения
  2. Вращение ротора от внешнего привода (турбина, двигатель внутреннего сгорания и т.д.)
  3. Пересечение обмоток статора магнитным полем вращающегося ротора
  4. Индуцирование переменной ЭДС в обмотках статора
  5. Отвод индуцированного переменного тока во внешнюю цепь

Частота вырабатываемого переменного тока прямо пропорциональна скорости вращения ротора и числу пар полюсов. Для получения стандартной частоты 50 Гц при 3000 об/мин ротор должен иметь одну пару полюсов.

Виды генераторов переменного тока

Генераторы переменного тока классифицируют по нескольким признакам:

По принципу действия:

  • Синхронные
  • Асинхронные

По числу фаз:

  • Однофазные
  • Трехфазные

По типу ротора:

  • С явнополюсным ротором
  • С неявнополюсным ротором

По системе возбуждения:

  • С электромагнитным возбуждением
  • С возбуждением от постоянных магнитов

По виду привода:

  • Турбогенераторы (паровые и газовые турбины)
  • Гидрогенераторы (гидротурбины)
  • Дизель-генераторы
  • Бензогенераторы

Рассмотрим подробнее некоторые основные виды генераторов переменного тока.


Синхронный генератор переменного тока

Синхронный генератор — наиболее распространенный тип генератора переменного тока. Его основные особенности:

  • Частота вращения ротора строго синхронизирована с частотой тока в статоре
  • Обмотка возбуждения располагается на роторе и питается постоянным током
  • Статор имеет трехфазную обмотку
  • Высокий КПД и хорошая стабильность выходного напряжения

Принцип работы синхронного генератора заключается в следующем:

  1. Постоянный ток подается в обмотку возбуждения ротора, создавая постоянное магнитное поле
  2. При вращении ротора его магнитное поле пересекает обмотки статора
  3. В обмотках статора индуцируется трехфазная система ЭДС
  4. Частота ЭДС определяется скоростью вращения и числом пар полюсов ротора

Синхронные генераторы широко применяются на электростанциях различных типов.

Асинхронный генератор переменного тока

Асинхронный (индукционный) генератор имеет следующие особенности:

  • Ротор не имеет обмотки возбуждения
  • Магнитное поле создается за счет остаточного магнетизма ротора
  • Частота вращения ротора не синхронизирована с частотой тока
  • Проще по конструкции, чем синхронный генератор
  • Требует внешнего источника реактивной мощности

Принцип работы асинхронного генератора:


  1. Ротор раскручивается до скорости выше синхронной
  2. За счет остаточного магнетизма в роторе возникает магнитное поле
  3. При вращении магнитное поле ротора индуцирует ток в обмотках статора
  4. Ток статора создает вращающееся магнитное поле, усиливающее поле ротора
  5. Процесс самовозбуждения нарастает до установившегося режима

Асинхронные генераторы применяются в ветроэнергетике, малых ГЭС, автономных системах электроснабжения.

Однофазный и трехфазный генераторы переменного тока

Однофазный генератор

Особенности однофазного генератора:

  • Имеет одну обмотку на статоре
  • Вырабатывает переменный ток одной фазы
  • Проще по конструкции
  • Меньшая мощность по сравнению с трехфазным
  • Применяется для питания бытовых потребителей

Трехфазный генератор

Характеристики трехфазного генератора:

  • Имеет три обмотки на статоре, сдвинутые на 120°
  • Вырабатывает систему трехфазного переменного тока
  • Более эффективное использование магнитной системы
  • Большая мощность при тех же габаритах
  • Применяется в промышленности и энергосистемах

Трехфазные генераторы получили наибольшее распространение благодаря своим преимуществам.


Схемы подключения трехфазного генератора

Схема «звезда»

При соединении обмоток звездой:

  • Концы обмоток соединяются в общую точку — нейтраль
  • Линейное напряжение в √3 раз больше фазного
  • Линейный ток равен фазному
  • Применяется для сетей с нейтралью

Схема «треугольник»

При соединении обмоток треугольником:

  • Конец каждой обмотки соединяется с началом следующей
  • Линейное напряжение равно фазному
  • Линейный ток в √3 раз больше фазного
  • Применяется для сетей без нейтрали

Выбор схемы соединения зависит от требуемых параметров сети и нагрузки.

Особенности генераторов с разными типами двигателя

Бензиновые генераторы

Особенности бензиновых генераторов:

  • Компактные и легкие
  • Быстрый запуск
  • Относительно недорогие
  • Шумные при работе
  • Небольшой ресурс
  • Применяются для резервного и аварийного электроснабжения

Дизельные генераторы

Характеристики дизельных генераторов:

  • Высокая мощность
  • Экономичность
  • Большой ресурс
  • Тяжелые и громоздкие
  • Высокая стоимость
  • Применяются для постоянного и резервного электроснабжения

Инверторные генераторы переменного тока

Инверторные генераторы имеют следующие особенности:


  • Вырабатывают переменный ток через преобразование в постоянный
  • Стабильные выходные параметры тока
  • Экономичный расход топлива
  • Малошумные
  • Компактные размеры
  • Высокая стоимость

Принцип работы инверторного генератора:

  1. Выработка переменного тока генератором
  2. Выпрямление тока в постоянный
  3. Преобразование постоянного тока в переменный заданной частоты
  4. Стабилизация параметров выходного напряжения

Инверторные генераторы применяются для питания чувствительной электроники и бытовой техники.


устройство, принцип работы и схемы подключения, виды генераторов, особенности их конструкции и работы

08.05.2020