Bagaimanakah penjana AC dan DC berfungsi?

Istilah "generasi" dalam kejuruteraan elektrik berasal dari bahasa Latin. Ia bermaksud "kelahiran". Mengenai tenaga, kita boleh mengatakan bahawa penjana adalah peranti teknikal yang menjana elektrik.

Dalam kes ini, perlu diperhatikan bahawa arus elektrik boleh dihasilkan dengan menukar jenis tenaga yang berbeza, contohnya:

• kimia;

• cahaya;

• terma dan lain-lain.

Dari segi sejarah, penjana adalah struktur yang menukar tenaga kinetik putaran kepada elektrik.

Mengikut jenis elektrik yang dihasilkan, penjana adalah:

1. arus terus;

2. pembolehubah.

Prinsip operasi penjana paling mudah

Undang-undang fizikal yang memungkinkan untuk mencipta pemasangan elektrik moden untuk menjana elektrik dengan mengubah tenaga mekanikal telah ditemui oleh saintis Oersted dan Faraday.

Sebarang reka bentuk penjana terpakai prinsip aruhan elektromagnetapabila terdapat aruhan arus elektrik dalam bingkai tertutup kerana persilangannya dengan medan magnet berputar yang dicipta magnet kekal dalam model mudah untuk kegunaan rumah atau gegelung pengujaan pada produk perindustrian dengan peningkatan kuasa.

Apabila anda memutar bezel, magnitud fluks magnet berubah.

Daya gerak elektrik teraruh dalam gelung bergantung pada kadar perubahan fluks magnet yang menembusi gelung dalam gelung tertutup S dan berkadar terus dengan nilainya. Semakin laju rotor berputar, semakin tinggi voltan yang dihasilkan.

Untuk mencipta gelung tertutup dan mengalihkan arus elektrik daripadanya, adalah perlu untuk mencipta pengumpul dan berus yang memberikan sentuhan berterusan antara bingkai berputar dan bahagian pegun litar.

Disebabkan oleh pembinaan berus pegas yang ditekan pada plat pengumpul, arus elektrik dihantar ke terminal output dan daripadanya dihantar ke rangkaian pengguna.

Prinsip operasi penjana DC yang paling mudah

Apabila bingkai berputar mengelilingi paksi, bahagian kiri dan kanannya berputar mengelilingi kutub selatan atau utara magnet. Setiap kali di dalamnya terdapat perubahan arah arus secara terbalik, sehingga pada setiap kutub mereka mengalir ke satu arah.

Untuk mencipta arus terus dalam litar keluaran, cincin separuh dibuat pada nod pengumpul untuk setiap separuh gegelung. Berus bersebelahan dengan cincin mengeluarkan potensi hanya tandanya: positif atau negatif.

Oleh kerana separuh cincin bingkai berputar terbuka, detik tercipta di dalamnya apabila arus mencapai nilai maksimumnya atau tiada. Untuk mengekalkan bukan sahaja arah, tetapi juga nilai malar voltan yang dihasilkan, bingkai dibuat mengikut teknologi yang disediakan khas:

• ia tidak menggunakan satu gegelung, tetapi beberapa - bergantung pada magnitud voltan yang dirancang;

• bilangan bingkai tidak terhad kepada satu salinan: mereka cuba membuat nombor yang mencukupi untuk mengekalkan penurunan voltan secara optimum pada tahap yang sama.

Dalam penjana DC, belitan rotor terletak di dalam slot litar magnetik… Ini membolehkan untuk mengurangkan kehilangan medan elektromagnet teraruh.

Ciri reka bentuk penjana DC

Elemen utama peranti ialah:

• bingkai kuasa luaran;

• tiang magnet;

• pemegun;

• pemutar berputar;

• suis blok dengan berus.

Bingkai diperbuat daripada aloi keluli atau besi tuang untuk memberikan kekuatan mekanikal kepada struktur keseluruhan. Tugas tambahan perumahan adalah untuk memindahkan fluks magnet antara kutub.

Tiang magnet dilekatkan pada badan dengan pin atau bolt. Sebuah gegelung dipasang pada mereka.

Stator, juga dipanggil kuk atau rangka, diperbuat daripada bahan feromagnetik. Gegelung gegelung pengujaan diletakkan di atasnya. Teras pemegun dilengkapi dengan kutub magnet membentuk medan magnetnya.

Rotor mempunyai sinonim: anchor. Teras magnetnya terdiri daripada plat berlamina yang mengurangkan pembentukan arus pusar dan meningkatkan kecekapan. Pemutar dan/atau belitan pengujaan diri diletakkan di dalam saluran teras.

Nod pensuisan dengan berus, ia boleh mempunyai bilangan kutub yang berbeza, tetapi sentiasa gandaan dua. Bahan berus biasanya grafit. Plat pengumpul diperbuat daripada tembaga, sebagai logam yang paling optimum sesuai untuk sifat elektrik pengaliran arus.

Terima kasih kepada penggunaan suis, isyarat berdenyut dijana pada terminal keluaran penjana DC.

Jenis utama pembinaan penjana DC

Mengikut jenis bekalan kuasa gegelung pengujaan, peranti dibezakan:

1. dengan pengujaan diri;

2. beroperasi atas dasar kemasukan bebas.

Produk pertama boleh:

• gunakan magnet kekal;

• atau beroperasi daripada sumber luaran, cth bateri, turbin angin...

Penjana yang dihidupkan secara bebas beroperasi dari belitan mereka sendiri, yang boleh disambungkan:

• secara berurutan;

• shunt atau pengujaan selari.

Salah satu pilihan untuk sambungan sedemikian ditunjukkan dalam rajah.

Contoh penjana DC ialah reka bentuk yang sering digunakan dalam kejuruteraan automotif pada masa lalu. Strukturnya adalah sama seperti motor aruhan.

Struktur pengumpul sedemikian boleh beroperasi secara serentak dalam mod enjin atau penjana. Disebabkan ini, ia telah meluas dalam kenderaan hibrid sedia ada.

Proses pembentukan anchor

Ini berlaku dalam mod melahu apabila tekanan berus dilaraskan dengan salah, mewujudkan mod geseran suboptimum. Ini boleh menyebabkan pengurangan medan magnet atau kebakaran akibat percikan api yang meningkat.

Cara-cara untuk mengurangkan adalah:

• pampasan medan magnet dengan menyambungkan tiang tambahan;

• pelarasan offset kedudukan berus pengumpul.

Kelebihan penjana DC

Mereka termasuk:

• tanpa kerugian akibat histerisis dan pembentukan arus pusar;

• bekerja dalam keadaan yang melampau;

• berat berkurangan dan dimensi kecil.

Prinsip operasi alternator yang paling mudah

Di dalam reka bentuk ini, butiran yang sama digunakan seperti dalam analog sebelumnya:

• medan magnet;

• bingkai berputar;

• blok pengumpul dengan berus longkang semasa.

Perbezaan utama terletak pada reka bentuk pemasangan pengumpul, yang direka supaya apabila bingkai berputar melalui berus, sentuhan sentiasa dibuat dengan separuh daripada bingkai tanpa mengubah kedudukannya secara kitaran.

Oleh itu, arus, yang berubah mengikut undang-undang harmonik pada setiap separuh, dipindahkan sama sekali tidak berubah ke berus, dan kemudian melaluinya ke litar pengguna.

Sememangnya, bingkai dicipta dengan penggulungan bukan dari satu pusingan, tetapi bilangan yang dikira untuk mencapai ketegangan yang optimum.

Oleh itu, prinsip operasi penjana DC dan AC adalah biasa, dan perbezaan reka bentuk adalah dalam pengeluaran:

• pemasangan pengumpul rotor berputar;

• konfigurasi belitan rotor.

Ciri reka bentuk alternator industri

Pertimbangkan bahagian utama penjana aruhan industri di mana pemutar menerima gerakan putaran daripada turbin berdekatan. Pembinaan stator termasuk elektromagnet (walaupun medan magnet boleh dicipta oleh satu set magnet kekal) dan penggulungan pemutar dengan bilangan lilitan tertentu.

Daya gerak elektrik diaruhkan dalam setiap gelung, yang ditambah berturut-turut dalam setiap gelung dan membentuk di terminal keluaran jumlah nilai voltan yang dibekalkan kepada litar bekalan pengguna yang disambungkan.

Untuk meningkatkan amplitud EMF pada output penjana, reka bentuk khas sistem magnet digunakan, diperbuat daripada dua litar magnet kerana penggunaan gred khas keluli elektrik dalam bentuk plat berlapis dengan saluran. Gegelung dipasang di dalamnya.

Dalam perumahan penjana, terdapat teras pemegun dengan saluran untuk menampung gegelung yang mencipta medan magnet.

Rotor berputar pada galas juga mempunyai litar magnet berslot di dalamnya yang dipasang gegelung yang menerima EMF teraruh. Biasanya, arah mendatar dipilih untuk paksi putaran, walaupun terdapat penjana dengan susunan menegak dan reka bentuk galas yang sepadan.

Jurang sentiasa dibuat antara stator dan rotor, yang diperlukan untuk memastikan putaran dan mengelakkan kesesakan. Tetapi pada masa yang sama, terdapat kehilangan tenaga aruhan magnet di dalamnya. Oleh itu, mereka cuba menjadikannya sekecil mungkin, dengan mengambil kira kedua-dua keperluan dengan cara yang optimum.

Terletak pada aci yang sama dengan rotor, penguja adalah penjana arus terus kuasa yang agak rendah. Tujuannya: untuk membekalkan elektrik kepada belitan penjana kuasa dalam keadaan pengujaan bebas.

Penguja sedemikian paling kerap digunakan dengan reka bentuk turbin atau penjana hidraulik apabila mencipta kaedah pengujaan utama atau sandaran.

Foto penjana industri menunjukkan susunan gelang gelincir dan berus untuk menangkap arus daripada struktur pemutar berputar. Semasa operasi, peranti ini tertakluk kepada tekanan mekanikal dan elektrik yang berterusan. Untuk mengatasinya, struktur kompleks dicipta, yang semasa operasi memerlukan pemeriksaan berkala dan langkah pencegahan.

Untuk mengurangkan kos operasi yang dijana, teknologi alternatif yang berbeza digunakan yang turut menggunakan interaksi antara medan elektromagnet berputar. Hanya magnet kekal atau elektrik diletakkan pada rotor dan voltan dikeluarkan dari gegelung pegun.

Apabila mencipta litar sedemikian, struktur sedemikian boleh dipanggil istilah «alternator». Ia digunakan dalam penjana segerak: frekuensi tinggi, automotif, lokomotif diesel dan kapal, pemasangan loji kuasa untuk pengeluaran elektrik.

Ciri-ciri penjana segerak

Prinsip operasi

Nama dan ciri tersendiri tindakan itu terletak pada penciptaan sambungan tegar antara kekerapan daya gerak elektrik berselang-seli yang teraruh dalam belitan stator «f» dan putaran rotor.

Penggulungan tiga fasa dipasang di pemegun, dan pada pemutar terdapat elektromagnet dengan teras dan penggulungan menarik yang disalurkan oleh litar DC melalui pengumpul berus.

Rotor digerakkan ke putaran oleh sumber tenaga mekanikal — motor pemacu pada kelajuan yang sama. Medan magnetnya membuat gerakan yang sama.

Daya elektromotif dengan magnitud yang sama tetapi dianjak sebanyak 120 darjah ke arah teraruh dalam belitan stator, mewujudkan sistem simetri tiga fasa.

Apabila ia disambungkan ke hujung lilitan litar pengguna, arus fasa mula bertindak dalam litar, yang membentuk medan magnet berputar dengan cara yang sama: serentak.

Bentuk isyarat keluaran EMF teraruh hanya bergantung pada undang-undang pengedaran vektor aruhan magnet dalam celah antara kutub pemutar dan plat pemegun. Oleh itu, mereka berusaha untuk mencipta reka bentuk sedemikian apabila magnitud aruhan berubah mengikut undang-undang sinusoidal.

Apabila jurang adalah malar, vektor aliran di dalam jurang adalah trapezoid, seperti yang ditunjukkan dalam graf baris 1.

Walau bagaimanapun, jika bentuk pinggir pada tiang dibetulkan untuk diserong dengan menukar jurang kepada nilai maksimum, maka adalah mungkin untuk mencapai bentuk taburan sinusoidal seperti yang ditunjukkan dalam baris 2. Teknik ini digunakan secara praktikal.

Litar pengujaan untuk penjana segerak

Daya magnetomotif yang timbul pada belitan pengujaan rotor «OB» mencipta medan magnetnya. Untuk ini terdapat reka bentuk penguja DC yang berbeza berdasarkan:

1. kaedah hubungan;

2. kaedah bukan hubungan.

Dalam kes pertama, penjana berasingan yang dipanggil penguja «B» digunakan. Gegelung pengujaannya dikuasakan oleh penjana tambahan mengikut prinsip pengujaan selari, dipanggil penguja «PV».

Semua rotor terletak pada aci biasa. Oleh itu, mereka berputar dengan cara yang sama. Rheostat r1 dan r2 digunakan untuk mengawal arus dalam litar pengujaan dan penguat.

Dengan kaedah bukan sentuhan, tiada gelang gelincir pada rotor. Penggulungan penguja tiga fasa dipasang terus padanya. Ia berputar serentak dengan pemutar dan menghantar arus terus elektrik melalui penerus putaran bersama terus ke penggulungan penguja «B».

Jenis litar tanpa sentuh ialah:

1. sistem pengujaan diri daripada belitan stator sendiri;

2. skim automatik.

Dalam kaedah pertama, voltan dari belitan stator disalurkan ke pengubah injak turun, dan kemudian ke penerus semikonduktor «PP», yang menjana arus terus.

Dengan kaedah ini, pengujaan awal dicipta disebabkan oleh fenomena kemagnetan sisa.

Skim automatik untuk mencipta pengujaan diri melibatkan penggunaan:

• pengubah voltan VT;

• pengatur pengujaan automatik ATS;

• pengubah semasa TT;

• penerus VT;

• penukar thyristor TP;

• blok perlindungan BZ.

Ciri-ciri penjana tak segerak

Perbezaan utama antara reka bentuk ini ialah kekurangan hubungan tegar antara kelajuan pemutar (nr) dan EMF teraruh dalam gegelung (n). Selalu ada perbezaan di antara mereka, yang dipanggil "slip". Ia dilambangkan dengan huruf Latin "S" dan dinyatakan dengan formula S = (n-nr) / n.

Apabila beban disambungkan ke penjana, tork brek dicipta untuk memutar pemutar. Ia menjejaskan kekerapan EMF yang dihasilkan, mencipta slip negatif.

Pembinaan pemutar untuk penjana tak segerak dibuat:

• litar pintas;

• fasa;

• hampa.

Penjana tak segerak boleh mempunyai:

1. keseronokan bebas;

2. pengujaan diri.

Dalam kes pertama, sumber voltan AC luaran digunakan, dan dalam kedua, penukar semikonduktor atau kapasitor digunakan dalam litar primer, sekunder atau kedua-dua jenis.

Oleh itu, alternator dan penjana arus terus mempunyai banyak persamaan dalam prinsip pembinaan, tetapi berbeza dalam reka bentuk elemen tertentu.