Generátory střídavého proudu se používají k přeměně mechanické energie hnacích strojů na elektrickou energii. Jako primární pohon se používají: parní turbína (systém parní turbína-generátor se nazývá turbogenerátor), vodní turbína (vodíkový generátor), spalovací motor (dieselový generátor) a elektromotor (motor-generátor). ).

Synchronní stroj je stroj, jehož rychlost rotace magnetického pole je rovna rychlosti rotoru

Stroj je reverzibilní a může pracovat jako generátor i jako motor. Nejvíce se však používají jako generátory střídavého proudu, které jsou instalovány ve všech moderních elektrárnách.

Generátor se jako každý elektrický stroj skládá ze stacionární části – statoru a rotující části – rotoru. Často se nazývá část stroje, která vytváří magnetické pole induktor, a nazývá se ta část stroje, kde je umístěno vinutí, ve kterém je indukováno emf Kotva.

Provoz synchronních generátorů je založen na jevu elektromagnetické indukce. EMF, které se indukuje v pracovním vinutí

Je zásadně lhostejné, zda bude pohybující se vodič křížit stacionární magnetické pole nebo naopak pohybující se magnetické pole bude křížit stacionární vodič, proto mohou být synchronní generátory dvojího druhu. V prvním z nich je kotva stacionární a induktor se otáčí (obr. 111 a), ve druhém – naopak (obr. 111 b).

V mobilních stanicích se často používají generátory nízkého výkonu a nízkého napětí (jednofázové a třífázové) a mohou pracovat podle schématu na Obr. b. U těchto generátorů je pracovní vinutí často prováděno na rotoru a na vnitřní ploše statoru je uspořádán pólový systém s výraznými póly. Generátor je připojen k vnější zátěži přes posuvné sběrače proudu (kartáče s kroužky na ose rotoru).

Moderní generátory, jako nedílná součást silové elektroenergetiky, jsou stavěny pro vysoké napětí 15-40 kV. Je obtížné odstranit tak vysoká napětí z rotujícího pracovního vinutí pomocí jednotky kartáč-komutátor. Navíc vysokonapěťové vinutí, které při otáčení rotoru zažívá otřesy a vibrace, je velmi obtížné izolovat. To vysvětluje, že u moderních generátorů je vinutí kotvy umístěno na stacionární části stroje – statoru a vinutí pole (magnetické póly) je umístěno na rotoru.

Schéma dvoupólového synchronního generátoru tohoto typu je na Obr. A. Na statoru stroje jsou navinuta tři vinutí se stejným počtem závitů, posunutá pod úhlem 120 0. Písmena H a K označují začátek a konec každého vinutí. Magnetické pole je vytvářeno vinutím navinutým na rotoru. Prostřednictvím kartáčů a kroužků je na konce tohoto vinutí přiváděno konstantní napětí ze speciálního zdroje energie. Rotor je poháněn do rotace primárním motorem; jeho magnetické pole prochází statorovými vinutími a indukuje se v nich sinusové emf.

ČTĚTE VÍCE
V jaké vzdálenosti od podlahy bych měl zavěsit televizi v kuchyni?

Stator. Stator se neliší od statoru asynchronního stroje. V jeho vinutí je působením rotujícího magnetického pole rotoru indukováno emf, které je přiváděno do vnějšího obvodu generátoru. Tato konstrukce generátoru umožňuje eliminovat kluzné kontakty v zátěžovém obvodu generátoru (vinutí statoru je připojeno přímo k zátěži) a spolehlivě izolovat pracovní vinutí od těla stroje, což je u moderních generátorů vyráběných pro vysoké výkony velmi důležité. při vysokých napětích. Hlavní magnetický tok synchronního generátoru, vytvářený rotujícím rotorem, je buzen z vnějšího zdroje energie. Stejnosměrný proud ze zdroje prochází vinutím rotoru přes dva kroužky a dva pevné kartáče namontované na hřídeli generátoru. Výkon takového zdroje energie je 0,25 – 1 % jmenovitého výkonu synchronního generátoru. Jmenovité napětí 115-350V.

Rotor. Podle konstrukce se rotory generátorů dělí navyčnívající pól (nízkorychlostní) (obr. 112a) aimplicitní pól(vysokorychlostní) (obr. 112 b). Počet pólových párů rotoru je určen

rychlost jeho rotace. Při frekvenci generovaného emf 50 Hz má nevyčnívající pólový rotor rychloběžného stroje – turbogenerátoru, rotujícího rychlostí 3000 ot./min., jeden pár pólů, zatímco rotor s vyvýšeným pólem nízkého -rychlostní hydrogenerátor, rotující rychlostí 50 až 750 ot./min., má počet párů pólů, respektive od 60 do 4 .

Provoz generátoru pod zátěží. Reakce kotvy. Pokud je na svorky běžícího generátoru připojena externí zátěž, vzniká ve vinutí statoru elektrický proud, který vytváří vlastní magnetické pole – statorový tok. Toto magnetické pole se superponuje s magnetickým polem hlavního rotoru vytvořeným budicím vinutím, které jej zeslabuje nebo zesiluje. Tento účinek pole statoru na hlavní magnetické pole se nazývákotevní reakce.

Uvažujme reakci kotvy při zatížení různé povahy.

V případě aktivní zátěže, ve které je proud ve fázi s emf, nastane maximální proud v okamžiku, kdy jsou osy pólů rotoru protilehlé k vinutí kotvy (obr. 113 a). Jedná se o tzv. příčnou reakci kotvy: statorové toky a rotor vzájemně kolmé. V důsledku vektorového sčítání těchto toků se výsledný magnetický tok generátoru mírně zvětšuje a posouvá v prostoru – proto se zvyšuje emf generátoru.

V případě čistě indukční zátěže proud za emf fázově zaostává Do okamžiku maximální hodnoty proudu ve vinutí A-X musí být rotor otočen o 90 0 ve směru hodinových ručiček (obr. 113 b). Magnetický tok и jsou směrovány počítadlo a výsledný magnetický tok generátoru je roven jejich rozdílu. Tato reakce kotvy snižuje emf generátoru.

ČTĚTE VÍCE
Která žárovka bude hořet jasněji, když je zapojena paralelně?

V případě čistě kapacitní zátěže předbíhá zátěžový proud generátoru emf ve fázi , – proto rotor generátoru ještě nedosáhl svislé polohy a proud ve vinutí A-X již má maximální hodnotu (obr. 90 c). Proudy и mít stejný směr, zvětšit výsledný magnetický tok a to vede ke zvýšení emf generátoru.

Je zřejmé, že čím větší je zatěžovací proud, tím větší bude reakce kotvy. Reakce kotvy v synchronním generátoru tedy vede ke změnám magnetického toku a emf, což je krajně nežádoucí, protože změna hodnoty a povahy zátěže vede ke změně napětí na svorkách generátoru.

V praxi se při každé změně zátěže mění budicí proud pomocí automatizace; tím se oslabuje vliv reakce kotvy.

Pro měření různých charakteristik synchronního generátoru můžete použít obvod na obr. 114a.

Charakteristika nečinnosti. Tato charakteristika představuje závislost emf E indukovaného ve statoru na budícím proudu při otevřeném vnějším obvodu stroje

Generátor je poháněn synchronní rychlostí odpovídající jmenovité frekvenci generátoru. Budicí proud se mění pomocí reostatu, přičemž se zaznamenávají hodnoty ampérmetru v budicím obvodu. Na základě odečtů voltmetru připojeného na svorky vinutí statoru se určí hodnota indukovaného emf E. Charakteristika naprázdno je na Obr. 114b. Přímá část charakteristiky udává úměrnost mezi magnetickým tokem (budicím proudem) a indukovaným emf. Následně se magnetický systém generátoru nasytí, křivka se prohne, tzn. při výrazném zvýšení budícího proudu roste indukované emf velmi pomalu.

Vnější charakteristika. Závislost napětí na svorkách generátoru U na zatěžovacím proudu I při konstantních hodnotách budícího proudu iB, účiník cosφ a otáčky n jsou dány vnější charakteristikou (obr. c)

Obrázek 114c ukazuje vnější charakteristiky generátoru pro různé typy zátěže.

Ke změně napětí se zátěží dochází v důsledku reakce kotvy a poklesu napětí ve vinutí statoru.

Při indukční zátěži jalový proud demagnetizuje stroj a napětí klesá s rostoucím proudem zátěže.

Při kapacitní zátěži roste napětí generátoru s rostoucím proudem zátěže působením podélné magnetizační reakce kotvy.

Režim jmenovitého zatížení je zvolen tak, aby při cosφ = 0,8 změny napětí nepřesáhly 35 – 45 % jmenovité hodnoty (křivka 1).