אלטרנטור: התקן, עיקרון הפעולה, המטרה

זרם חשמלי הוא הסוג העיקרי של אנרגיה, עושה עבודה שימושי בכל תחומי החיים האנושיים. הוא מפעיל בתנועה מנגנונים שונים, נותן אור, מחמם את הבתים ואנימטס שורה שלמה של מכשירים המספקים את הקיום הנוח שלנו על פני כדור הארץ. באמת, סוג זה של אנרגיה הוא אוניברסלי. ממנו אתה יכול לקבל כל דבר שאתה אוהב, ואפילו הרס גדול עם ניהול כושל.

אבל היה זמן שבו השפעות חשמל היו עדיין בטבע, אבל לא עזר לאדם. מה השתנה מאז? אנשים התחילו ללמוד תופעות פיזיות ומציאו מכונות מעניינות - ממירים, שבדרך כלל עשו קפיצה מהפכנית של הציוויליזציה שלנו, ומאפשרים לאדם לקבל אנרגיה מאדם אחר.

אז אנשים למדו לייצר חשמל מתכות רגילות, מגנטים תנועה מכנית - זה הכל. גנרטורים נבנו, המסוגלים לספק זרמי אנרגיה עצומים, המחושבים במגה-וואט. אבל זה מעניין כי העיקרון של המבצע של המכונות האלה הוא לא כל כך מסובך והוא עשוי אפילו להיות מובן אפילו עבור נער. מהו מחולל זרם חשמלי? בואו ננסה להבין את השאלה הזאת.

ההשפעה של אינדוקציה אלקטרומגנטית

הבסיס להופעה במוליך זרם חשמלי הוא כוח האלקטרומגנטי - EMF. הוא מסוגל להפוך חלקיקים טעונים לזוז, אשר רבים בכל מתכת. כוח זה מופיע רק אם המוליך עובר שינוי בעוצמת השדה המגנטי. ההשפעה עצמה נקראה אינדוקציה אלקטרומגנטית. ככל שה- EMF גבוה יותר, כך גדל קצב השינוי בגלי הגלים המגנטיים. כלומר, ניתן להעביר מוליך ליד מגנט קבוע , או להשפיע על שדה אלקטרומגנט על ידי חוט קבוע, לשנות את כוחו, ההשפעה תהיה זהה - זרם חשמלי יופיע במוליך.

בנושא זה במחצית הראשונה של המאה XIX, מדענים עבדו Oersted ו Faraday. הם גם גילו תופעה פיזית זו. מאוחר יותר, על בסיס אינדוקציה אלקטרומגנטית, גנרטורים הנוכחי מנועים חשמליים נוצרו. מעניין, מכונות אלה יכולים בקלות להיות מומר אחד לשני.

איך DC ו AC גנרטורים לעבוד

ברור כי מחולל החשמל הנוכחי הוא מכונה אלקטרו-מכאנית שמייצרת זרם. אבל למעשה זה ממיר של אנרגיה: רוח, מים, חום, כל דבר EMF, אשר כבר גורם הנוכחי של המנצח. המכשיר של כל גנרטור ביסודו אינו שונה בדרך כלשהי ממעגל מוליך סגור המסתובב בין מוטות המגנט, כמו בניסויים הראשונים של מדענים. רק הרבה יותר הוא הגודל של השטף המגנטי המיוצר על ידי מגנטים חזקים קבועים או לעתים קרובות יותר חשמל. המתאר הסגור יש צורה של סיבוב רב פנייה, אשר בגנרטור המודרני הוא לא אחד, אבל לפחות שלושה. כל זה נעשה על מנת לקבל EMF ככל האפשר.

גנרטור חשמלי רגיל (או קבוע) מחולל:

• פגזים . מבצע את הפונקציה של המסגרת, שבתוכו מחובר הסטאטור עם מוטות האלקטרומגנט. בו הם מיסדים הוקמה של גלגול של פיר הרוטור. זה עשוי מתכת, זה גם מגן על המילוי הפנימי כולו של המכונה.
• סטאטור עם מוטות מגנטיים. על זה הוא קבוע את סלילה של עירור של השטף המגנטי. הוא עשוי מפלדה פרומגנטית.
• רוטור או עוגן. זה חלק מטלטלין של הגנרטור, פיר אשר מייצר כוח זר לתנועה סיבובית. ההתרגשות העצמית מונחת על הליבה, שם נוצר זרם חשמלי.
• צמתים של הקלות. אלמנט זה של העיצוב משמש כדי להסיט את החשמל מן פיר הסיבוב של הרוטור. הוא כולל טבעות מוליכות כי הם מחוברים movably לאספנים הנוכחי גרפיט.

יצירת זרם ישיר

בגנרטור המייצר זרם ישיר, מעגל ההיתוך מסתובב בחלל של רוויה מגנטית. ובמשך רגע מסוים של סיבוב, כל חצי מהקו מתאר קרוב לקוטב זה או אחר. הטעינה במוליך למחצה זו נעה בכיוון אחד.

כדי להשיג את הסרת חלקיקים, מנגנון נעשה להסרת אנרגיה. התכונה שלו היא כי כל חצי של המסלול (המסגרת) מחובר טבעת מוליך למחצה. סמינרים אינם סגורים אחד עם השני, אבל הם קבועים על חומר דיאלקטרי. במהלך התקופה שבה חלק אחד של סלילה מתחיל לעבור מוט מסוים, חצי עיגול סגור במעגל חשמלי על ידי קבוצות מגע מברשת. מתברר, על כל מסוף מגיע רק סוג אחד של פוטנציאל.

נכון יותר לכנות את האנרגיה לא קבועה, אבל פועמת, עם קוטביות קבועה. הפעימה נגרמת על ידי העובדה כי השטף המגנטי על המנצח במהלך סיבוב יש אפקט מקסימלי מינימום. כדי ליישר את אדווה זו, מספר פיתולים על הרוטור וקבלים חזקים על קלט של המעגל משמשים. כדי לצמצם את אובדן השטף המגנטי, הפער בין armature ו stator הוא ממוזער.

מעגל אלטרנטיבי

כאשר החלק המניע של המכשיר המפיק הנוכחי מסתובב, ה- EMF נגרם גם במוליכים של המסגרת, כמו בגנרטור DC. אבל תכונה קטנה - אלטרנטור של המכשיר הצומת אספן יש עוד. בתוך זה, כל סיכה מחובר טבעת מוליך שלה.

העיקרון של אלטרנטור הוא כדלקמן: כאשר חצי מתפתל עובר ליד עמוד אחד (השני, בהתאמה, ליד הקוטב הנגדי), זרם זורם במעגל בכיוון אחד מן המינימום לערך הגבוה ביותר שלה ושוב לאפס. ברגע שהפתולים משנים את מיקומם ביחס לקוטבים, הזרם מתחיל את תנועתו בכיוון ההפוך באותה סדירות.

ב קלט של המעגל, waveform מתקבל בצורה של סינוסואיד עם תדר גל חצי המתאים לתקופה של סיבוב של פיר הרוטור. על מנת לקבל אות יציב על הפלט, כאשר תדירות של אלטרנטור הוא קבוע, תקופת הסיבוב של החלק המכני חייב להיות ללא שינוי.

גנרטורים מגנטיים של סוג גז

מבנים של גנרטורים הנוכחי, שבו פלזמה מוליך, נוזל או גז משמש במקום מסגרת מתכת כמוביל תשלום, נקראים גנרטורים MHD. חומרים בלחץ מונעים בשדה של מתח מגנטי. תחת ההשפעה של אינדוקציה EMF אותו, חלקיקים טעונים לרכוש תנועה כיוונית, יצירת זרם חשמלי. עוצמת הזרם עומדת ביחס ישר למהירות המעבר דרך השטף המגנטי, וגם לכוחו.

גנרטורים MHD יש פתרון עיצוב פשוט - אין להם מנגנון סיבוב הרוטור. ספקי כוח כאלה מסוגלים לספק כמויות גדולות של חשמל בתקופות קצרות של זמן. הם משמשים ככלי גיבוי במצבי חירום. המקדם הקובע את האפקט השימושי (היעילות) של מכונות אלה גבוה יותר מזה של אלטרנטור חשמלי.

מחולל סינכרוני חלופי

ישנם סוגים כאלה של אלטרנטיבות:

• מכונות סינכרוני.
• מכונות אסינכרוני.

לסינכרוניזציה הסינרגטית יש קשר פיזי קפדני בין תנועת הסיבוב של הרוטור לבין תדר החשמל שנוצר. במערכות כאלה, הרוטור הוא אלקטרומגנט התאספו מ ליבות, מוטות ומפתה מרגש. אלה הם ניזונים ממקור כוח DC באמצעות מברשות ואנשי קשר הטבעת. סטאטור הוא סליל של חוט, מחובר על ידי עיקרון כוכב עם נקודה משותפת - אפס. הם כבר המושרה EMF והפיק זרם.

פיר הרוטור מונע על ידי כוח זר, בדרך כלל טורבינות, שתדירות התנועה מסונכרנת ומתמדת. המעגל החשמלי המחובר לגנרטור כזה הוא מעגל תלת פאזי שתדירותו הנוכחית בקו נפרד מועברת על ידי שלב של 120 מעלות ביחס לשאר הקווים. כדי להשיג את הסינוזואיד הנכון, כיוון השטף המגנטי ב לומן בין חלקי הרוטור ו הרוטור מוסדר על ידי המבנה של האחרון.

העירור של האלטרנטור מתממש בשתי שיטות:

1. צור קשר.
2. ללא מגע.

במעגל עירור הקשר, החשמל מן הגנרטור השני מסופק על סלילי האלקטרומגנט דרך זוג מברשת. גנרטור זה יכול להיות משולב עם פיר הראשי. זה, ככלל, יש פחות כוח, אבל מספיק כדי ליצור שדה מגנטי חזק.

עקרון אי-הקשר קובע כי למייצב הסינכרוני על הפיר יש פיתולים תלת-פאזיים נוספים שבהם ה- EMF נגרם לסובב וחשמל נוצר. הוא עובר דרך מעגל תיקון כדי סלילי עירור של הרוטור. מבחינה מבנית, אין קשרים מטלטלין במערכת זו, אשר מפשט את המערכת, מה שהופך אותו אמין יותר.

גנרטור אסינכרוני

יש אלטרנטור אסינכרוני. ההתקן שונה מאחד הסינכרוני. אין תלות מדויקת של EMF בתדר שבו מסתובבת פיר הרוטור. יש דבר כזה "להחליק S", אשר מאפיין את ההבדל הזה של השפעה. גודל החלקה נקבע על ידי החישוב, ולכן זה לא נכון לחשוב כי אין סדירות בתהליך האלקטרומכני במנוע אסינכרוני.

אם הגנרטור, בטיל, עומס, הזרם הנוכחי ב פיתולים תיצור השטף המגנטי המונע את הרוטור מ מסתובבת בתדירות מסוימת. זה יוצר פליטת, אשר, באופן טבעי, משפיע על הייצור של EMF.

אלטרנטור אסינכרוני מודרני של חלק נעים יש שלושה עיצובים שונים:

1. רוטור חלול.
2. רוטור קצר.
3. שלב רוטור.

מכונות כאלה יכולות להיות עירור עצמי ועצמאי. התוכנית הראשונה היא הבינה בשל הכללת קבלים וממירים מוליכים למחצה ב מתפתל. עירור מסוג עצמאי נוצר על ידי מקור נוסף של זרם משתנה.

ערכות של החלפת גנרטור

כל ספקי הכוח החזקים של קווי חשמל מייצרים זרם חשמלי תלת פאזי. הם מכילים שלושה פיתולים שבהם זרמים לסירוגין נוצרים עם שלב מוזז אחד מהשני על ידי 1/3 של תקופה. אם ניקח בחשבון כל פיתול הפרט של מקור כוח כזה, אנחנו מקבלים זרם חד פעמי לסירוגין נכנס לקו. מתח של עשרות אלפי וולט יכול לייצר גנרטור. 220 V הצרכן מקבל מן שנאי ההפצה.

כל אלטרנטור, התקן המתפתל הוא סטנדרטי, אבל החיבור לעומס הוא משני סוגים:

• כוכב;
• משולש.

העיקרון של הפעולה של אלטרנטור מופעל על ידי כוכב מרמז על איחוד של כל החוטים (אפס) לתוך אחד, אשר עוברים חזרה לטעון את הגנרטור. זאת בשל העובדה כי האות (זרם חשמלי) מועבר בעיקר באמצעות חוט סליל הפלט (ליניארי), הנקרא השלב. בפועל, זה מאוד נוח, כי אתה לא צריך למשוך שלושה חוטים נוספים כדי לחבר את הצרכן. המתח בין חוטי הקו לבין החוטים הנייטרליים יהיה שונה.

על ידי חיבור סלילה של גנרטור עם משולש, הם מחוברים אחד לשני ברצף במעגל אחד. מנקודות החיבור שלהם, קווים נמשכים אל הצרכן. אז אין צורך חוט אפס, ואת המתח על כל שורה יהיה זהה ללא קשר לעומס.

היתרון של זרם תלת פאזי לפני זרם חד פאזי הוא אדווה קטנה יותר שלה בעת היישור. זה יש השפעה חיובית על ספקי כוח, בעיקר מנועים DC. כמו כן, זרם תלת פאזי מייצר שטף מסתובב של השדה המגנטי המסוגל לנהוג מנועים אסינכרונים רבי עוצמה.

איפה גנרטורים DC ו AC

גנרטורים DC הם הרבה יותר קטנים בגודל ובמשקל מאשר מכונות AC. לאחר עיצוב מורכב יותר מאשר האחרון, הם משמשים עדיין בתעשיות רבות.

ההפצה העיקרית שהם קיבלו ככוננים במהירות גבוהה במכונות שבהן נדרשת בקרת מהירות, למשל, במכונות מתכת, מכרים שלי, טחנות גלגול. בתחבורה, גנראטורים כאלה מותקנים על קטרי דיזל, ספינות שונות. מודלים רבים של גנרטורים הרוח הם התאספו על בסיס של מקורות מתח מתמיד.

גנרטורים זרם ישיר למטרות מיוחדות משמשים ריתוך, עבור עירור של פיתולים של גנרטורים מסוג סינכרוני, כמו מגברים הנוכחי ישיר, לאספקת גלווני ואלקטרוליזה צמחים.

מטרתו של אלטרנטור היא לייצר חשמל בקנה מידה תעשייתי. סוג זה של אנרגיה נתן את האנושות ניקולה טסלה. למה זה כי זרם קוטביות היפוך, לא אחד קבוע, הוא בשימוש נרחב? זאת בשל העובדה כי בהולכת מתח DC יש הפסדים גדולים החוטים. וככל שהחוט ארוך יותר, כך ההפסדים גבוהים יותר. מתח משתנה יכול להיות מועבר על פני מרחקים עצומים בעלויות נמוכות בהרבה. יתר על כן, קל להמיר מתח לסירוגין (הנמכת והרמתו), אשר הגנרטור מייצר 220 V.

מסקנה

האדם לא ידע את טבעו של המגנטיות, החודר לכל דבר. ואנרגיה חשמלית היא רק חלק קטן מהסודות הפתוחים של היקום. המכונות שאנו מכנים אנרגיה גנרטורים הם בעצם פשוט מאוד, אבל מה הם יכולים לתת לנו הוא מדהים. אבל הנס האמיתי כאן אינו בטכנולוגיה, אלא במחשבה על אדם שיוכל לחדור למאגר הבלתי נדלה של רעיונות שנשפך בחלל!