Генератор змінного струму. Трансформатор. Виробництво, передавання та використання енергії електричного струму. Генератор електричного струму
Генератор постійного струму: пристрій і принцип дії агрегату.
Генератор постійного струму – це електрична машина, що виробляє напругу постійної величини.
За цим цілком банальним визначенням криється дуже складне пристрій, що є практично досконалістю технічної думки. Адже з моменту винаходу в кінці XIX століття пристрій генератора постійного струму не зазнало істотних змін.
Ніяка енергія не виникає просто так, нізвідкіля. Вона — завжди породження іншої сили. Це стосується і електричного струму. Щоб він виник, потрібно магнітне поле, що дозволяє використовувати ефект електромагнітної індукції — збудження ЕРС в обертовому провіднику.
Зміст
- 1 Принцип роботи генератора постійного струму
- 2 З’ясовуємо, як влаштований агрегат
- 3 Типи підключення електричних магнітів статора
- 4 Пристрій і принцип роботи генератора постійного струму на відео
Принцип роботи генератора постійного струму
Вся хитрість, завдяки якій отримується струм не змінює напрямку, полягає в тому, щоб встигати комутувати точки підключення навантаження з тією ж швидкістю, з якою обертається магніт. Здійснити це завдання може тільки колектор – особливий пристрій, що складається з декількох струмопровідних секторів, розділених діелектричними пластинами. Воно закріплюється на якорі електричної машини і обертається синхронно з ним.
Знімання електричної енергії з якоря здійснюється щітками – шматочками графіту, має високу електропровідність і низький коефіцієнт тертя ковзання. В той момент, коли струмопровідні сектора колектора міняються місцями, индуцируемая ЕРС стає нульовою, але змінити знак вона не встигає, оскільки щітка передана токосъемному сектору, підключеному до іншого кінця провідника.
В результаті, на виході пристрою виходить пульсуюча напруга однієї величини. Щоб згладити пульсацію напруги використовується кілька якірних обмоток. Чим їх більше, тим менше кидки напруги на виході генератора. Кількість струмознімальних секторів на колекторі завжди в два рази більше, ніж обмоток якоря.
Знімання генеруємої напруги з обмотки якоря, а не статора, є корінним відзнакою машини постійного струму від змінного. Це ж зумовило і їхній істотний недолік: втрати на тертя між щітками і колектором, іскріння та нагрівання.
З’ясовуємо, як влаштований агрегат
Будь-яка електрична машина, генератор постійного струму складається з якоря і статора.
Якір збирається з сталевих пластин з поглибленнями, в які вкладаються обмотки. Їх кінці приєднуються до колектора, який складається з мідних пластин, розділених діелектриком. Колектор, якір з обмотками і вал електричної машини після складання стають єдиним цілим.
Статор генератора є одночасно і його корпусом, на внутрішній поверхні якого закріплюється кілька пар постійних або електричних магнітів. Зазвичай використовуються електричні, сердечники яких можуть бути відлиті разом з корпусом (для машин малої потужності) або набрані з металевих пластин.
Також на корпусі передбачається місце для кріплення струмознімальних щіток. В залежності від кількості полюсів магнітів на статорі змінюється і кількість графітових елементів. Скільки пар полюсів, стільки і щіток.
Типи підключення електричних магнітів статора
Генератори постійного струму різняться за типом підключення електричних магнітів статора. Вони можуть бути:
- з незалежним збудженням;
- паралельним;
- послідовним.
При незалежному збудженні електричні магніти статора підключаються до автономного джерела постійного струму. Зазвичай це робиться через реостат. Перевагою такої схеми є можливість регулювання генерується електричної потужності в широких межах. Недоліком – необхідність мати додаткове джерело живлення.
Інші два способи є приватними випадками самозбудження генератора, яке можливо при невеликому залишковий магнетизм статора. При паралельній роботі генератора постійного струму електромагніти статора харчуються частиною генеруємої напруги. Це найпоширеніша схема.
При послідовному збудженні ланцюг електромагнітів включається послідовно з навантажувальною ланцюгом якоря. Величина струму, що протікає по электромагнитам, істотно залежить від навантаження генератора. Тому така схема використовується тільки для підключення тягових двигунів постійного струму, які при гальмуванні переходять в режим генерації.
Застосовується і змішана схема підключення обмотки збудження – паралельно-послідовна. Для цього на кожному полюсі електромагніту повинно бути дві ізольовані обмотки (включається послідовно зазвичай складається всього з двох–трьох витків). Такі електричні машини застосовуються в тому випадку, якщо потрібно обмежити струм короткого замикання в навантаженні. Наприклад, у мобільних зварювальних агрегатах.
Наявність колекторно-щіткового вузла істотно ускладнює конструкцію електричної машини. Крім того, передача генерованої енергії через нього здійснюється з великими втратами і фізичними навантаженнями. Тому, там де це можливо, машини постійного струму замінюють асинхронними генераторами з выпрямительным мостом. Такі, наприклад, всі автомобільні джерела електроенергії.
Пристрій і принцип роботи генератора постійного струму на відео
dovidkam.com
Генератор електричного струму: вирішуємо питання безперебійної подачі енергії
Зміст:Генератор електричного струму: різновидиТри фактори, що впливають на якість експлуатації електрогенераторів
Забезпечити безперебійне електричне живлення в заміському будинку, навіть при наявності проходять поруч електрокомунікацій, не так вже й просто. Нескінченні аварії і профілактичні відключення перешкоджають цьому, роблячи проживання в будинку, як мінімум, некомфортним. Виправити таке положення справ можна тільки за допомогою спеціального обладнання під назвою генератор електричного струму. Саме про нього і піде мова в цій статті, в якій разом з сайтом stroisovety.org ми детально вивчимо його різновиди і визначимося з основними критеріями вибору.
Генератор електричного струму фото
Генератор електричного струму: різновиди
В залежності від виду джерела енергії, необхідного для отримання електрики, всі генератори електроенергії поділяються на дизельні, бензинові, газові і вітрові. У свою чергу, всі вони можуть виробляти або постійний електричний струм, або змінний. Саме на ці критерії більшою мірою потрібно спиратися, відповідаючи на питання, як вибрати електрогенератор?
Електричний бензиновий генератор завдяки своїй невисокій вартості і простий експлуатації отримав найбільш широке поширення. Його конструкція включає в себе бензиновий двигун і генератор електричного струму, сполучені між собою. У цих електрогенераторів витрата бензину в середньому становить від 1 до 2,5 л за годину роботи. Їх недоліком є невеликий добовий ресурс роботи – до 12-ти годин. Бензиновий електрогенератор не підходить для постійного електропостачання, а от в якості тимчасового джерела живлення краще, ніж він, не придумаєш.
Генератор електричний бензиновий фото
Електричний дизельний генератор, в порівнянні з бензиновим, має трохи більший ресурс роботи, та й витрата палива у нього набагато нижче. Він потужніший і здатний забезпечити електроенергією навіть великий будинок. Витрата палива становить приблизно 2-3 л на годину. Всі дизель генератори оснащуються запобіжниками і всілякими захистами. Спочатку його конструкція передбачає тривалу і безперебійну експлуатацію.
Генератор електричний дизельний фото
Газовий побутовий електрогенератор – хороша альтернатива дизельного. Він здатний працювати як від стисненого газу в балонах, так і від газопроводу. Працюючи на зрідженому газі, такий агрегат здатний поглинати палива в 2 рази менше в порівнянні з попередніми своїми «колегами» по цеху, а на газі з магістралі – в 17 разів. Газовий електрогенератор має моторесурс, як мінімум, на 30% перевищує ресурс дизельного і бензинового генераторів разом узятих. Та й термін їх експлуатації набагато довше – це пов’язано безпосередньо з використовуваним паливом.
Вітроелектрогенератори – це взагалі джерело екологічно чистої і практично безкоштовної електроенергії. Однак тут є одне «але» – сучасні вітрогенератори мають великі розміри і високу вартість. Альтернативою можуть служити сонячні батареї. Теж коштують не дешево, але дах, зроблена з сонячних батарей, здатна забезпечити енергією весь будинок і ділянку.
Вітроелектрогенератори для дому фото
Три фактори, що впливають на якість експлуатації електрогенераторів
На що потрібно звернути увагу при виборі електрогенератора? Це три основні речі – потужність, вид навантаження і вид використовуваного палива.
1. Потужність електрогенератора. Щоб правильно підібрати цей параметр генератора, потрібно розрахувати сумарну потужність, споживану всіма електроприладами вашого будинку. Потрібно взяти до уваги те, що навантаження від споживачів буває двох видів: це активна (лампочка, побутові електроприлади, не мають електродвигунів) та реактивна (холодильник, кондиціонер, насос, зварювальний апарат, болгарки, дрилі, загалом, всі споживачі, що мають електричні двигуни або високий пусковий струм).
Щоб розрахувати повну потужність споживачів, потрібно підрахувати сумарну потужність з урахуванням усіх коефіцієнтів і невеликого запасу. Приблизно це виглядає так.
Рполная = Р1хК1+Р2хК2+ … +РпхКп.Де K – коефіцієнт, що враховує пускову потужність споживача.Коефіцієнт активної навантаження для побутових електроприладів становить 1-1,3. Для електричних споживачів з реактивною складовою цей коефіцієнт умовно приймається рівним 3.
Електрогенератор газовий побутовий фото
Сума всіх разом узятих навантажень і буде визначати потужність необхідної вам електростанції, плюс 15% потрібно закласти «про запас», оскільки з часом кількість електрообладнання має властивість збільшуватися. Багато споживачі (прилади, у ланцюг яких включені асинхронні електродвигуни, наприклад, холодильники, електроінструменти) при пуску можуть споживати набагато більше електроенергії, ніж зазначена у паспортних даних потужність. Якщо мова йде про дизельної електростанції з завідомо великим запасом потужності, пам’ятайте, що мінімально допустиме навантаження не може бути менше 30% потужності електричного генератора.
Побутовий електрогенератор фото
2. Вид навантаження на електрогенератор. Всім нам відомо, що напруга в мережі може бути 220В (230В) та 380В (400В). Існує думка, що трифазні (380 В) побутові електрогенератори переважно у вигляді своєї універсальності. Вони можуть видавати в мережу як 380В, так і 230В. Але якщо у ваші плани не входить підключення трифазних споживачів, то краще зупинитися на однофазної (230В) електростанції.
Електростанція потужністю 6 квт/400В видає на кожну фазу по 2 кВт, цього може виявитися замало для роботи вашого обладнання. В такому випадку доведеться врахувати цей нюанс при монтажі електропроводки (частина споживачів посадити на одну фазу, ще частину на іншу).
Як вибрати електрогенератор для будинку або дачі
3. Використовуване паливо. Що вибрати? Дизельну електростанцію або бензогенератор? Існує думка, що при споживаної потужності більше 6-8кВт краще зупинитися на дизельному агрегаті. Якщо провести порівняльний аналіз бензинових і дизельних установок одного класу, то можна прийти до висновку, що їх надійність практично однакова. Істотна різниця полягає лише в їх вартості і вартості енергоносія.
З цієї точки зору найбільш вигідними будуть газові електрогенератори. А якщо розібратися докладніше, то безпаливні енергетика виявиться куди більш привабливою. Тут вже вибір за вами. У будь-якому випадку, генератор електричного струму, вибраний для використання в конкретних умовах, виявиться корисним придбанням.
Автор статті Олександр Куликов
vidpoviday.com
Генератори постійного та змінного струму
Тема. Генератори постійного та змінного струму.
Мета.
Формувати поняття «генератор», «якор», «статор», «ротор».
Розвивати логічне мислення, пам'ять;
Розглянути будову та призначення генераторів постійного та змінного струмів;
Виховувати інтерес до предмету, культуру оформлення конспекту.
Тип уроку. Комбінований.
Вид уроку. Лекція з елементами бесіди.
|
Демонстрації |
Презентація «Генератори постійного та змінного струму» |
|
Обладнання та наочність |
Плакати, картки з опорними блок-схемами. Формули. |
|
План-схема уроку |
|
|
Етапи уроку |
Методи й форми роботи |
|
Організаційний момент:
|
- привітання; - перевірка присутності учнів; - повідомлення основних завдань уроку. |
|
Актуалізація опорних знань |
Бесіда з теми «Генератори постійного та змінного струму». |
|
Мотивація навчальної діяльності: |
(створення проблемної ситуації).
(Див. додаток з опорними питаннями) |
|
Вивчення нового матеріалу (Сприймання й первинне осмислення нового матеріалу) |
Пояснення з елементами евристичної бесіди.
(Див додаток з теорією) |
|
Закріплення вивченого матеріалу |
Бліц – опитування. (питання у додатку) |
|
Підбиття підсумків уроку |
|
|
Домашнє завдання |
Вивчити конспект та підготувати доповідь. |
Додаток. Орієнтовні питання до учнів
Дайте визначення генератора.
1.Яке призначення генератора?
2.Перечисліть основні вузли генераторів змінного та постійного струмів та їх призначення
3.Як індукується змінний струм і перетворюється у постійний у генераторі?
4.Для чого обмотки котушок фаз статора з'єднуються послідовно, а не паралельно?
5.Яка будова й принцип роботи реле-регулятора?
6.Від яких показників у найбільшій мірі залежить напруга, що виробляється автомобільним генератором?
7.Що таке ротор, статор, якор?
Додаток. Теорія. Генератори постійного та змінного струму.
Генера́тор пості́йного стру́му — електрична машина постійного струму (генератор), що перетворює механічну енергію на електричну. Дія генератора постійного струму ґрунтується на явищі електромагнітної індукції: збудженні змінної електрорушійної сили в обмотці ротора (якоря), при його обертанні в основному магнітному полі, створюваному обмоткою збудження на полюсах. Обмотка ротора з'єднана з колектором (механічним перетворювачем змінної ерс на постійну напругу), по пластинах якого ковзають контактні щітки, підключаючи обмотку до зовнішнього електричного кола. Розрізняють генератори постійного струму з незалежним збудженням (від стороннього джерела струму) і з залежним збудженням (самозбудженням), зумовленим залишковим магнетизмом у станині й полюсах. Потужність генераторів постійного струму — від кількох ват до десятків тисяч кіловат, напруга — від одиниць до сотень і тисяч вольт. ККД їх при повному навантаженні — від 0,7 (малопотужні генератори) до 0,96 — генератори великої потужності. Генератори постійного струму застосовують для живлення постійного струму електродвигунів, у зварювальних пристроях, електричних установках літаків, тепловозів, автомобілів, у пристроях автоматики (мікрогенератори постійного струму), для електролізу тощо.
Одна й та сама машина постійного струму в принципі може працювати і як генератор, і як двигун. (Ця властивість машини постійного струму, що називається оборотністю, дає змогу не розглядати окремо будову генератора чи двигуна.)
Будова машини постійного струму:
1 — задній підшипниковий щит; 2 — затискачі; 3 — станина; 4 — головний полюс; 5 — обмотка головного полюса; 6 — вентилятор; 7 — обмотка якоря; 8 — осердя якоря; 9 — колектор; 10 — вал; 11 — траверса із щитковим механізмом; 12 — передній підшипниковий щит
Якір машини постійного струму:
а — якір без обмотки; б — сталевий лист осердя якоря; 1 — натискні шайби; 2 — зубець; З — паз; 4 — вентиляційний отвір
Розрізняють основні й додаткові полюси. Основні полюси збуджують магнітне поле; тому обмотки їх котушок називають обмотками збудження. Додаткові полюси встановлюють у машинах підвищеної потужності (понад 1 кВт) для поліпшення роботи машини; обмотку додаткових полюсів з'єднують послідовно з обмоткою ротора (якоря).
Ротор (якір) машини постійного струму складається з осердя й обмотки.
Осердя якоря набирають з тонких листів електротехнічної сталі, ізольованих один від одного лаковим покриттям, що зменшує втрати на вихрові струми. У пази осердя вкладають обмотку якоря. В осерді якоря роблять вентиляційні канали. Щоб струм від обмотки якоря в зовнішнє коло (у генераторі) або із зовнішнього кола до обмотки якоря (у двигуні) проходив в одному й тому самому напрямі, у машині постійного струму встановлюють колектор. Набирають його з мідних пластин, ізольованих одна від одної міканітовими прокладками. Кожну пластину колектора з'єднують з одним або кількома витками обмотки якоря. Осердя якоря і колектор закріплюють на одному валу. Отже, колектор — це пристрій, який конструктивно об'єднаний з якорем (ротором) електричної машини і є механічним перетворювачем частоти. По ізольованих один від одного і приєднаних до витків обмотки якоря пластинах, що становлять колектор, ковзають струмознімні щітки. Через ці щітки й колектор обмотка якоря приєднується до зовнішнього електричного кола. Щітки вставляють в обойми щіткотримача і притискують до колектора пружинами.
Будова колектора: 1 — корпус; 2 — болт; З — натискне кільце; 4 — міканітова прокладка; 5 — «півник»; 6 — «ластівчин хвіст»; 7 — колекторна пластина.
Щітковий механізм машини постійного струму:
а — траверса; б — щіткотримач; 1 — щітковий палець; 2 — ізоляція кільця від траверси; З — стопорний болт; 4 — мідний провід; 5 — натискні пластини; 6 — місце розміщення пружини; 7 — обойма; 8 — щітка
Під час роботи машини щітки ковзають по колектору. Щіткотримачі кріплять до траверси.
Генератор змінного струму — система з нерухомого статора (складається із сталевого осердя та обмотки) і ротора (електромагніт із сталевим осердям), який обертається всередині нього.
Через два контактних кільця, до яких притиснуті ковзні контакти щітки, проводиться електричний струм. Електромагніт створює магнітне поле, яке обертається з кутовою швидкістю обертання ротора та збуджує в обмотці статора ЕРС індукції.
Щоб ротор обертався і створював магнітне поле, яке викликає у статорі ЕРС індукції, йому необхідно надавати енергію. Ротор обертається у електростанціях за допомогою пари (ТЕС та АЕС) або гідротурбін (ГЕС).
Генератори змінного струму бувають із збудженням від постійних магнітів з електромагнітним збудженням.
Більшість генераторів, які використовуються в наш час, мають електромагнітне збудження.
Генераторна установка змінного струму, яка встановлюється в автомобілі, складається з генератора з електромагнітним збудженням, випрямляча й реле регулятора або регулятора напруги.
Генератори типу Г-250 (встановлюють на автомобілях сім'ї ГАЗ і ЗІЛ), Г-266 (встановлюють на автобусі ПАЗ-672) і Г-288Е (встановлюють на автомобілях сім'ї КрАЗ) мають однакову конструктивну схему і являють собою трифазну синхронну електричну машину з електромагнітним збудженням і вбудованим кремнієвим випрямним блоком. Генератор працює разом із регулятором напруги, який регулює його роботу. Генератор встановлюють із правого боку двигуна на кронштейні.
Генератор змінного струму складається з (Мал. 13.1) таких головних частин: статора 6, ротора 13, кришок 1 і 12; вентилятора 16 і шківа 17.
Статор 6 генератора набраний з окремих пластин листової електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм, покритих лаком для зменшення вихрових струмів.
Статор має 15 рівномірно розміщених по колу пазів, в які укладені окремі котушки трифазної обмотки 5. В кожній фазі розміщується по шість кат ушок, що з'єднуються між собою послідовно. Фази з'єднані в зірку, тобто початки котушок з'єднані разом, а кінці приєднані до трьох затискачів І, II, III колодки статора.
Ротор 13 складається із двох стальних кігтеподібних сердечників 18 і 19 та котушки збудження 3, яка розміщена на стальній втулці та жорстко закріплена на його валі 14. Кінці обмотки збудження припаяні до контактних кілець 4, напресованих на ізольовану втулку вала 14 ротора. Вал ротора обертається в кульових підшипниках 2 і 20, які розмішуються в передній 1 і задній 12 кришках.
Ротор генератора 13 приводиться в обертання одним або двома клиноподібними пасами через шків 17 від шківа колінчастого вала. Шків 17 і вентилятор 16 для обдуву й охолодження генератора закріплені на передньому кінці вала.
На задній кришці генератора закріплено щіткотримач 8 із двома щіточками 7, притиснутими пружинами до контактних кілець. Одна щітка з'єднана з масою автомобіля, друга — із вивідним затискачем 3 на кришці корпусу генератора. Щітки призначені для з'єднання обмотки збудження ротора з джерелом живлення постійного струму (акумуляторною батареєю або через випрямлений пристрій з обмоткою статора).
При включенні запалювання струм від акумуляторної батареї через щітки й кільця поступає в обмотку збудження ротора і створює магнітне поле. При обертанні ротора силові лінії магнітного поля ротора перетинають витки котушок статора, І в них Індукується змінний струм, який знімається через три затискачі І, II, III статора і поступає до трьох затискачів випрямляча, за допомогою якого він перетворюється в постійний, направляється до споживачів і на підзарядку акумуляторної батареї.
Випрямляч струму 2 розміщується в кришці 12 з боку контактних кілець, складений із кремнієвих вентилів (діодів), які допускають робочу температуру корпусу 150°С.
Кремнієвий випрямляч (Мал.13.2) складається із трьох моноблоків, які з'єднані в схему трифазного двоперіодного випрямляча. В кожну фазу включено два діоди, які розвернуті своїми переходами від струмопровідного затискача в різні боки: один діод гнучким провідником струму з'єднаний з від'ємною пластиною 3, а другий — із додатною.
Якщо на затискач пластини 6 пари діодів поступає струм із зарядом "+", то він буде зніматися через діод, з'єднаний з цією пластиною, при цьому перехід другого діода закритий. Під час другого півперіоду струм змінює напрям, тобто на затискач 6 він поступає з від'ємним зарядом. Тоді закривається діод, з'єднаний з додатною пластиною 6, і струм із від'ємним зарядом піде на пластину 3 через інші діоди.
Властивість напівпровідникових випрямлювачів пропускати струм тільки в одному напрямку дозволяє відмовитись від реле зворотного струму. Це значно спрощує конструкцію і знижує вартість реле-регулятора.
З підвищенням частоти обертання колінчастого вала підвищується частота обертання й ротора генератора. Внаслідок цього в обмотках статора збільшується і напруга. Щоб напруга залишалась в допустимих межах (приблизно 13,5-14,5). В при нормальній напрузі 12 В — призначений регулятор напруги, який за будовою поділяється на вібраційний, контактно-транзисторний, безконтактно-транзисторний.
В автомобілях використовують контактно-транзисторні регулятори напруги. Найпростішим контактно-транзисторним регулятором є реле-регулятор РР-362, що застосовується з генератором змінного струму Г-250 та інші.
fizmat.7mile.net
Генератор змінного струму: принцип роботи та особливості пристрою
Змінний струм – рушійна сила багатьох виробництв і транспорту, зокрема, автомобілів. Існують як невеликі моделі завбільшки з кулак, так і гігантські пристрою кілька метрів у висоту.
Генератор – та сама технічна система, яка перетворює механічну (кінетичну) енергію в електричну. Як же працює генератор?
Зміст
- 1 Яке явище використовується при пристрої генератора змінного струму?
- 2 Розбираємося в особливостях функціонування агрегату
- 3 Пристрій і принцип роботи генератора змінного струму на відео
Яке явище використовується при пристрої генератора змінного струму?
Генератор умовно ділять на 2 частини: індуктор і якір.
Індуктором називають ту частину пристрою, де створюється магнітне поле, а якорем – ту половину, де утворюється електрорушійна сила або струм.
Постійним залишається його технічна будова: дротяна обмотка і магніт.
В обмотці виникає електрорушійна сила під впливом магнітного поля. Це основа для генератора. Але потужний змінний струм можна отримати з такої примітивної конструкції. Для перетворення потрібен сильний магнітний потік.
Для цього в дротяну намотування додають 2 сталевих сердечника, які і визначають призначення, будова генератора змінного струму. Це статор і ротор. Обмотка, яка створює магнітне поле, поміщається в паз одного осердя – це статор, або індуктор. Він залишається нерухомий відміну від ротора. Статор живиться постійним струмом. Бувають двополюсним або багатополюсним.
Ротор, або також — якір, активно обертається за допомогою підшипників і продукує електрорушійну силу або змінний струм. Являє собою внутрішній сердечник з мідною дротяною намотуванням.
Генератор має міцний металевий корпус з декількома виходами, що залежить від цільового призначення пристрою. Мінливе кількість котушок з дротом намотуванням.
Розбираємося в особливостях функціонування агрегату
Тепер з’ясуємо, на якому принципі заснована робота генераторів змінного струму. Схема функціонування досить проста і зрозуміла. За умови постійної швидкості ротора електричний струм буде вироблятися єдиним потоком.
Обертання ротора провокує зміну магнітного потоку. У свою чергу електричне поле породжує появу електричного струму. Через контакти з кільцями на кінці струм від ротора проходить в електричну ланцюг пристрою. Кільця мають гарний ковзне властивість. Вони міцно контактують з щіточками, які є постійними нерухомими провідниками між електричним ланцюгом і мідної дротяною обмоткою ротора.
У мідної обмотки навколо магніту присутній струм, але він дуже слабкий у порівнянні з силою електричного струму, який виходить з ротора по ланцюгу в пристрій. З цієї причини для обертання ротора використовують тільки слабкий струм, підведений по контактам з ковзанням.
При складанні генератора змінного струму дуже важливо витримувати пропорції деталей, розмір, величини зазорів, товщину дротяних жив.Зібрати генератор змінного струму можна, якщо у вашому будинку знайдуться всі необхідні деталі і достатня кількість мідного дроту. Змайструвати невеликий агрегат цілком реально. Або ж для використання асинхронного двигуна як генератора існує докладна інструкція.
Пристрій і принцип роботи генератора змінного струму на відео
dovidkam.com
Генератор змінного струму. Трансформатор. Виробництво, передавання та використання енергії електричного струму
Тема уроку: Генератор змінного струму. Трансформатор. Виробництво, передавання та використання енергії електричного струму.Мета уроку: ознайомити учнів з будовою, принципом дії та призначенням генератора змінного струму та трансформатора; пояснити промислові способи виробництва та передавання електричної енергії на великі відстані з мінімальними втратами; ознайомити учнів з одними із основних напрямків науково – технічного прогресу – розвитком енергетики та історією її розвитку. Тип уроку: комбінований.Обладнання: комп’ютер, проектор, мультимедійна дошка, комп’ютерна презентація.
План - схема уроку
| Етапи уроку | Час, хв | Методи і форми роботи з класом |
| І. Організаційний етап | 2 | |
| ІІ. Перевірка домашнього завдання. | 5 | Бесіда. Фронтальне опитування |
| ІІІ. Повідомлення теми, мети й завдань уроку. | 2 | Визначення мети уроку за планом вивчення теми |
| ІV. Мотивація навчальної діяльності. | 2 | Постановка проблемного запитання |
| V. Сприйняття й первинне осмислення нового матеріалу. | 25 | Пояснення вчителя з елементами евристичної бесіди |
| VІ. Закріплення нового матеріалу. | 5 | Бесіда. Фронтальне опитування |
| VІІ. Підбиття підсумків уроку. | 2 | Обговорення проблемного запитання |
| VІІІ. Домашнє завдання. | 2 | Пояснення, інструктаж вчителя |
Хід уроку
І. Організаційний етапІІ. Перевірка домашнього завдання.
Фронтальне опитування
- Що називають магнітним потоком? ( Магнітним потоком крізь поверхню називають фізичну величину, яка визначається добутком проекції вектора магнітної індукції на нормаль до поверхні і площею цієї поверхні. )
- Яке явище називається самоіндукцією? ( Явище виникнення індуктивного струму в колі внаслідок зміни струму в ньому називається самоіндукцією. )
- Яка фізична величина називається індуктивністю? (Індуктивність – це фізична величина, яка визначається ЕРС самоіндукції, що виникає в контурі у разі зміни сили струму на 1А за 1с. )
- Чому дорівнює енергія поля котушки зі струмом? ( Енергія магнітного поля котушки індуктивності дорівнює половині добутку її індуктивності на квадрат сили струму в ній. )
- Що таке змінний струм? (Змінний струм - це, по суті, вимушені коливання електричних зарядів у провіднику під дією прикладеної змінної ЕРС.)
ІІІ. Повідомлення теми, мети й завдань уроку.
Учитель повідомляє тему уроку, пропонує учням ознайомитися з планом її вивчення, записаним на дошці. Формулюють мету уроку.План вивчення теми
- Будова найпростішого генератора.
- Будова промислового генератора.
- Будова трансформатора.
- Виробництво і використання електричної енергії. ( Доповідь учня)
- Передавання енергії. ( Доповідь учня)
ІV. Мотивація навчальної діяльності.
Електрична енергія має безперечні переваги перед усіма іншими видами енергії її можна передавати по проводах, на величезні відстані з порівняно малими втратами, зручно розподіляти між споживачами. А головне, цю енергію за допомогою досить простих пристроїв легко перетворити в будь-які інші види: механічну, внутрішню (нагрівання тіл), енергію світла і т. д.
Змінний струм має ту перевагу перед постійним, що напругу і силу струму можна в дуже широких межах перетворювати (трансформувати) майже без втрат енергії. Такі перетворення потрібні в багатьох електро- і радіотехнічних пристроях. Але особливо велика потреба в трансформації напруги і струму виникає, коли електроенергія передається на великі відстані.
На цьому уроці ми розглянемо пристрої , які виробляють цю енергію і як можна передавати її на великі відстані.V. Сприйняття й первинне осмислення нового матеріалу.
- Будова найпростішого генератора.
Галузь застосування кожного з перелічених видів генераторів електроенергії визначається їх характеристиками. Так, електростатичні машини створюють високу різницю потенціалів, але мають великий внутрішній опір і тому не здатні створити в колі значну силу струму. Гальванічні елементи можуть дати великий струм, але тривалість їх дії невелика.
Основну роль у наш час відіграють електромеханічні індукційні генератори змінного струму. У цих генераторах механічна енергія перетворюється в електричну. їх дія ґрунтується на явищі електромагнітної індукції. Такі генератори мають порівняно просту будову й дають змогу добувати великі струми при досить високій напрузі.
На малюнку зображено найпростішу схему генератора змінного струму. У рамці, яка обертається в магнітному полі, виникає змінна ЕРС індукції. Якщо коло замкнути, то в ньому проходитиме змінний струм. Із зовнішнім колом рамка з’єднується кільцями, закріпленими на одній осі з рамкою. За один оберт рамки полярність щіток змінюється двічі. Щоб збільшити напругу, яку знімають з клем генератора, на рамки намотують не один, а багато витків.
- Будова промислового генератора.
У малопотужних генераторах магнітне поле створюють обертові постійні магніти. Тоді кільця і щітки взагалі не потрібні. Виникнення ЕРС у нерухомих обмотках статора пояснюється збудженням у них вихрового електричного поля, що виникає внаслідок зміни магнітного потоку під час обертання ротора.
Сучасний генератор електричного струму — це велика споруда з мідних проводів, ізоляційних матеріалів і сталевих конструкцій. Розміри важливіших деталей досягають кількох метрів, але виготовляють ці деталі з точністю до міліметра. У природі немає такого поєднання рухомих частин, які могли б виробляти електричну енергію так економічно і неперервно.
Електрогенератори, які працюють з гідротурбінами, називають гідрогенераторами, а ті, що працюють з паровими турбінами, - турбогенераторами.
- Будова трансформатора.
Трансформатор — це прилад, призначений для перетворення параметрів змінного струму, що складається із виготовленого з м'якого феромагнетики осердя замкненої форми, на якому встановлено дві обмотки – первинну і вторинну.
Уперше трансформатор сконструював у 1878 році російський вчений П. М. Яблочков, а на початку XX ст. його вдосконалив професор С.М. Усатий і професор Київського університету М. Й. Доліво – Добровольський.
Трансформатор складається із замкненого осердя з феромагнетику, на якому розміщують дві (інколи більше) котушки у вигляді обмоток з дроту. Одну обмотку, яку вмикають у джерело змінної напруги, називають первинною, другу обмотку, до якої приєднують «навантаження», що споживає енергію, називають вторинною (мал.).
В основу роботи трансформатора покладено явище електромагнітної індукції. Розглянемо принцип дії трансформатора. Нехай на вхід трансформатора подається змінна напруга U1. В осерді трансформатора виникає змінний магнітний потік, який пронизує як первинну, так і вторинну обмотки трансформатора. У первинній і вторинній обмотках відповідно виникають ЕРС самоіндукції:ε1 = - N1ΔФ\Δt і ε2 = - N2ΔФ\Δt ,де N1 і N2 – кількість витків первинної і вторинної обмоток.
Визначимо напруги на вході і виході трансформатора:
U1 = I1R1 – ε1 = I1R1 + N1ΔФ\Δt і U2 = I2R2 – ε2 = I2R2 + N2ΔФ\Δt,
де R1і R2 — відповідно опори первинної і вторинної обмоток трансформатора; I1 і I2 — сили струмів, які проходять по первинній і вторинній обмотках.
Розглянемо випадок, коли вторинна обмотка розімкнена, тобто І2 = 0 (холостий хід). Технічні трансформатори конструюють так, щоб виконувалась умова I1R1 «ε1, тобто обмотки трансформатора мають невеликий активний опір, але велику індуктивність. Поділивши почленно одне на одне рівняння напруг, отримаємо
U1\ U2 = N1 \ N2
Напруга на кінцях первинної обмотки трансформатора так відноситься до напруги на кінцях його вторинної обмотки, як кількість витків первинної обмотки відноситься до кількості витків вторинної обмотки.
Це відношення називають коефіцієнтом трансформації k:
k = N1 \ N2
Якщо к > 1, то трансформатор буде знижувальним, якщо к щувальним.
Трансформатор перетворює змінний електричний струм так, що відношення сили струму до напруги приблизно однакове в первинній і вторинній обмотках.
За допомогою трансформатора знижують значення сили струму і збільшують напругу під час передавання електричної енергії. Це сприяє зниженню теплових втрат . Враховуючи, що потужність сили струму визначається добутком напруги і сили струму, таке зменшення сили струму не змінить переданої потужності.
- Виробництво і використання електричної енергії. ( Доповідь учня)
На теплових електростанціях джерелом енергії є паливо: вугілля, газ, нафта, мазут, горючі сланці. Ротори електричних генераторів обертаються паровими й газовими турбінами або двигунами внутрішнього згоряння. Найбільш економічними є великі теплові паротурбінні електростанції (скорочено ТЕС). Більшість ТЕС нашої країни використовує як паливо вугільний пил. На вироблення 1 кВт- год електроенергії витрачається кілька сотень грамів вугілля. У паровому котлі понад 90 % енергії, що виділяється паливом, передається парі. У турбіні кінетична енергія струменів пари передається ротору. Вал турбіни жорстко з’єднаний з валом генератора. Парові турбогенератори досить швидкохідні: кількість обертів дорівнює кільком тисячам за хвилину.
ККД теплових двигунів збільшується із зростанням початкової температури робочого тіла. Тому пару, що надходить у турбіну, доводять до високих параметрів: температуру — майже до 550° і тиск — до 26 МПа. Коефіцієнт корисної дії ТЕС досягає 40 %. Причому більша частина енергії втрачається з гарячою відпрацьованою парою.
Спеціальні теплові електростанції, так звані теплоелектроцентралі (ТЕЦ), дають змогу значну частину енергії відпрацьованої пари використовувати на промислових підприємствах і для побутових потреб (нагрівання води для опалення і гаряче водопостачання). В результаті ККД ТЕЦ досягає 60—70 %. Тепер ТЕЦ країни дають близько 40 % усієї електроенергії і забезпечують електроенергією і теплом понад 800 міст.
На гідроелектростанціях (ГЕС) для обертання роторів генераторів використовується потенціальна енергія води. Ротори електричних генераторів обертаються гідравлічними турбінами. Потужність станції залежить від різниці рівнів води (напору) і від маси води, яка проходить через турбіни за секунду (витрата води).
Гідроелектростанції дають близько 20% усієї електроенергії, що виробляється в нашій країні.
Дедалі більшого значення в енергетиці набувають атомні електростанції (АЕС). Тепер АЕС нашої країни дають близько 15,7 % усієї електроенергії.
Основний споживач електроенергії — промисловість; на неї припадає близько 70 % енергії. Чималим споживачем є транспорт. Усе більше залізничних ліній переводиться на електричну тягу. Про застосування електроенергії для освітлення жител і в побутових електроприладах знає кожний.
Більша частина електроенергії тепер перетворюється в механічну енергію. Майже всі механізми в промисловості приводяться в рух електричними двигунами. Вони зручні, компактні, дають змогу автоматизувати виробництво.
Близько третини електроенергії, що споживається промисловістю, використовують з технологічною метою (для електрозварювання, електричного нагрівання і плавлення металів, електролізу тощо).
Сучасна цивілізація немислима без широкого використання електроенергії. Порушення постачання електроенергією великого міста внаслідок аварії паралізує його життя.
- Передавання енергії. ( Доповідь учня)
Q = I2 Rt
де R — опір лінії. При великій довжині лінії передавання енергії взагалі може бути економічно невигідним. Істотно зменшити опір лінії практично дуже важко. Тому доводиться зменшувати силу струму.
Оскільки потужність струму пропорційна добутку сили струму на напругу, то, щоб зберегти передавану потужність, треба підвищити напругу в лінії передачі. Причому, чим довша лінія передачі, тим вигідніше використовувати вищу напругу. Так, у високовольтній лінії передачі Волзька ГЕС — Москва використовують напругу 500 кВ. Але генератори змінного струму будують на напруги, що не перевищують 16—20 кВ, бо використання вищої напруги вимагало б складніших спеціальних заходів для ізоляції обмоток та інших частин генераторів.
Тому на великих електростанціях ставлять підвищувальні трансформатори. Трансформатор підвищує напругу в лінії у стільки разів, у скільки зменшує силу струму.
Перед безпосереднім використанням електроенергії в двигунах електропривода верстатів, в освітлювальній мережі та для іншої мети напругу на кінцях лінії треба знизити. Для цього застосовують знижувальні трансформатори. Причому звичайно знижують напругу і відповідно збільшують силу струму кількома етапами. На кожному етапі напруга стає все меншою, а територія, що охоплюється електричною мережею, все ширшою. Схему передавання й розподілу електроенергії наведено на малюнку.
Лінії
електропередач Підвищувальні
трансформатори Генератор змінного струму Споживач
електроенергії Знижувальні
трансформаториПри дуже високій напрузі між проводами починається коронний розряд, що призводить до втрат енергії. Допустима амплітуда змінної напруги має бути такою, щоб при заданому поперечному перерізі проводу втрати енергії внаслідок коронного розряду були незначними.
Електричні станції ряду областей країни, об’єднані високовольтними лініями передач, утворюють загальну електричну мережу, до якої приєднані споживачі. Таке об’єднання називається енергосистемою. Енергосистема дає змогу згладити «пікові» навантаження у ранкові й вечірні години і безперебійно подавати енергію споживачам незалежно від місця їх розташування. Тепер майже вся територія нашої країни забезпечується електроенергією об’єднаними енергетичними системами. VІ. Закріплення нового матеріалу.
- Для чого призначений трансформатор? Опишіть його будову.
- Чи змінює трансформатор частоту змінного струму?
- Чому електроенергію передають на великі відстані під високою напругою?
VІІ. Підбиття підсумків уроку.
VІІІ. Домашнє завдання.
- Прочитати § 18,19
- Заповніть таблицю за допомогою Інтернету або довідкової літератури.
| Використання енергії (%) | |
| Промисловість | |
| Транспорт | |
| Сільське господарство | |
| Побут | |
matem.in.ua
Як працює генератор змінного струму.
Генератором називають пристрій, що перетворює механічну енергію в електричну. Принцип роботи генератора змінного струму заснований на використанні такого явища, як електромагнітна індукція.
Інструкція
1
У найпростішому генераторі змінного струму кінці рамки провідника приєднані до кілець, до яких притискаються щітки пристрою. Зовнішня ланцюг замикає щітки через електричну лампочку. Генератор дає змінний струм, коли рамка з кільцями обертається в магнітному полі. Ток змінює свій напрямок і величину кожні півоберта, його називають однофазним.
2
Найбільш зручними для використання в техніці вважаються генератори трифазного струму. Конструкція самого простого трифазного генератора включає в себе три рамки проводів, вони зрушені по окружності обертання на 120 ° відносно один одного. Через кожні 120 ° обороту ток змінює свою величину і напрям. Порівняно з однофазної системою, у трифазної є безліч переваг. При одній і тій же потужності для неї необхідні менші затрати металу на електропроводку.
3
Електричний магніт є обертової частиною приводу, його ротором, він передає на статор вироблене магнітне поле. Статором називають зовнішню частину пристрою, яка складається з трьох котушок з проводами.
4
Напруга передається через кільця і колекторні щітки. Роторні кільця з міді обертаються разом з коленвалом і ротором, в результаті цього до них притискаються щітки. Щітки залишаються на місці, а електропоток передається від нерухомих елементів генератора змінного струму до його обертової частини.
5
Образующееся магнітне поле обертається поперек статора і виробляє електропотокі, здійснюють зарядку акумулятора. Для передачі імпульсу від генератора до акумулятора додатково використовується діодний міст, його розташовують в задній частині машини. Діод має двома контактами, через них проходить струм в одному напрямку, міст зазвичай складається з десяти таких деталей.
6
Діоди ділять на дві групи - основні та додаткові. Перші застосовуються для випрямлення напруги, вони приєднані до висновків статора. Другі направляють потужність на регулятор напруги і лампу, контролюючу зарядку, яка необхідна для того, щоб стежити за справністю приводу.
7
Генератори поділяють на малопотужні і високопотужні, залежно від вироблюваної ними енергії. Малопотужні генератори змінного струму найчастіше використовуються в побуті в якості резервного електропостачання.
Зверніть увагу
Періодом називають час, витрачений на вчинення одного коливання, а частотою змінного струму - кількість періодів в секунду. Амплітудою струму називають максимальне значення миттєвого змінного струму.
Генератором в електротехніці називають пристрій, за допомогою якого енергія механічного типу перетворюється в електричну. Такі пристрої широко застосовуються на виробництві та в деяких технічних системах, наприклад в автомобілях. В основі роботи генератора лежить явище електромагнітної індукції.
Пристрій генератора змінного струму
На практиці використовується декілька видів генераторів. Але кожен з них включає в себе одні й ті ж складові елементи. До них відносяться магніт, який створює відповідне поле, і спеціальна дротяна обмотка, де створюється електрорушійна сила (ЕРС). У найпростішій моделі генератора роль обмотки виконує рамка, здатна обертатися навколо горизонтальної або вертикальної осі. Амплітуда ЕРС пропорційна кількості витків, наявних на обмотці, і розмаху коливань магнітного потока.Чтоби отримати значний за силою магнітний потік, в генераторах використовують особливу систему. Вона складається з пари сталевих сердечників. Обмотки, які створюють змінне магнітне поле, поміщають в пази першого з них. Ті витки, які індукують ЕРС, укладають в пази другого сердечніка.Внутренній сердечник називають ротором. Він обертається навколо осі разом з наявною на ньому обмоткою. Той сердечник, який залишається без руху, виконує функцію статора. Щоб зробити потік магнітної індукції найбільш сильним, а втрати енергії мінімальними, відстань між статором і ротором намагаються зробити якомога менше.За яким принципом працює генератор
Електрорушійна сила виникає в обмотках статора відразу після появи електричного поля, для якого характерні вихрові освіти. Ці процеси породжуються зміною магнітного потоку, яке спостерігається при прискореному обертанні ротора.Ток від ротора подається в електричний ланцюг за допомогою контактів, що мають вид елементів ковзання. Щоб зробити це було легше, до кінців обмотки приєднують кільця, звані контактними. До кілець притискаються нерухомі щітки, через які і здійснюється зв'язок між електричним колом і обмоткою рушійної ротора.В витках обмотки магніту, де створюється магнітне поле, ток має порівняно невелику силу, якщо порівнювати його з тим струмом, який генератор віддає зовнішньої ланцюга. З цієї причини вже конструктори перших генераторів вирішили відводити струм від обмоток, розташованих статично, а слабкий струм до обертового магніту подавати через контакти, що забезпечують ковзання. В генераторах малої потужності поле створює магніт постійного типу, який здатний обертатися. Така конструкція дозволяє спростити всю систему і зовсім не використовувати кільця і щеткі.Современний промисловий генератор електричного струму являє собою масивне і громіздке споруда, яка складається з металевих конструкцій, ізоляторів і мідних жил. Розміри пристрою можуть складати декілька метрів. Але навіть для такого солідного споруди дуже важливо витримати точні габарити деталей і зазори між рухомими частинами електричної машини.tips-ua.com
Генератор електричного струму - Блог Не Зупиняйси
Як працює генератор електричного струму?
Взагалі, електрогенератори - це електричні машини, які служать для того, щоб перетворювати механічну енергію в електричну. Принцип дії генератора електричного струму працює на явищі електромагнітної індукції. Відповідно до нього в проводі, який рухається в магнітному полі, наводиться ЕРС, тобто электродвижущаяся сила. У генераторі застосовуються електромагніти у вигляді обмоток з мідного дроту або котушок індуктивності. Коли дротяна котушка починає обертатися, на ній виробляється електричний струм. Але це відбувається лише в тому випадку, якщо її перетинають витки магнітне поле.Види генераторів електричного струму
В першу чергу електрогенератори виробляють постійний і змінний струм. Електричний генератор постійного струму, що складається з нерухомого статора з додатковими обмотками і обертового ротора (якоря), служить для створення постійного струму. Такі пристрої використовуються в основному на підприємствах металургії, в громадському транспорті і морських суднах.Електричні генератори змінного струму перетворюють з механічної енергії змінний струм шляхом обертання прямокутного контуру навколо нерухомого магнітного поля або навпаки. Тобто ротор за рахунок обертання в магнітному полі виробляє електроенергію. Причому у генератора змінного струму такі обертові рухи відбуваються набагато швидше, ніж в генераторі постійного струму. До речі, для дому застосовуються генератори змінного електричного струму.Крім того, розрізняються генератори по виду джерела енергії. Вони бувають вітровими, дизельними , газовими або бензиновими. Найпопулярнішими виробами на ринку генераторів електричного струму вважаються бензинові, завдяки досить простий експлуатації і порівняно невисокій вартості. В цілому такий прилад являє собою генератор, з'єднаний з бензиновим двигуном. За 1 годину роботи такий пристрій витрачає до 25 л. Правда, такий генератор підходить лише для екстреного джерела струму, оскільки в добу вони можуть виробляти струм максимум 12 годин.Газовий генератор відрізняється витривалістю і ощадливістю. Працює такий агрегат як від газопроводу, так і від скрапленого газу в балонах.Хорошим ресурсом роботи має електричний дизельний генератор струму. Прилад споживає близько 1-3 л палива на годину, але зате набагато потужніше і підходить для постійного електропостачання навіть великого будинку.Екологічністю відрізняються вітрові електрогенератори. До того ж вітер - безкоштовне паливо. Однак вартість самого агрегату висока, та й габарити його немаленькі.Як вибрати генератор електричного струму для дому?
Перед покупкою приладу важливо визначитися з його потужністю. Заздалегідь слід розрахувати сумарну потужність, яка буде споживатися усіма вашими приладами, додавши невеликий запас (близько 15-30 %). Крім того, варто звернути увагу і на тип палива. Найбільш вигідними вважаються генератори, що працюють на газу. Економним вважається дизельний генератор, але сам прилад коштує чимало. Бензиновий електрогенератор коштує порівняно недорого, але паливо витрачається більше. Так само врахуйте при купівлі тип фази. Трифазні генератори електричного струму, що працюють з напругою 380 В, універсальні. Якщо у вас немає вдома трехфазових приладів, вам підійде агрегат, який працює з фазою в 230 Ст.odnogrupniki.com.ua
