Асинхронный двигатель принцип работы и устройство генератора

Асинхронный генератор

Источники электропитания делят на синхронные и асинхронные в зависимости от типа генератора. В электротехнике, согласно законам физики, существует принцип обратимости энергии: электрические машины, которые могут преобразовывать электрическую энергию в механическую, также могут совершать обратные преобразования. Асинхронный генератор работает на данном принципе: он способен преобразовывать механическую энергию вращения ротора в электроток на обмотке статора. Применяется он на напряжения 220 и 380 В.

Вид асинхронного генератора

В генераторном режиме работы меняется знак скольжения, и двигатели асинхронного типа генерируют электрическую энергию.

Область применения

Применяют синхронные агрегаты как источники электроэнергии переменного тока: используют на мощных тепло-, гидро- и атомных станциях, на передвижных электрических станциях, транспортных системах (машинах, самолетах, тепловозах). Синхронный агрегат способен работать автономно – генератором, который питает подключаемую к ней какую-либо нагрузку, либо параллельно с сетью — в нее подключены иные генераторы.

Синхронный агрегат может включать устройства в тех местах, где нет центрального питания электрических сетей. Данные приборы можно применять в фермерских хозяйствах, которые расположены далеко от населенных пунктов.

Альтернатор

Это устройство, которое механическую энергию вращения двигателя преобразует в электрическую. В зависимости от назначения генератора применяются асинхронные и синхронные альтернаторы 1-но или 3-х фазного исполнения.

Синхронные альтернаторы отличаются более высоким качеством вырабатываемой электроэнергии и способностью выдерживать 3-х кратные мгновенные перегрузки. Они построены конструктивно сложнее асинхронных: например, у них на роторе находятся обмотки.

Асинхронные альтернаторы дешевле и устроены гораздо проще синхронных: их ротор напоминает обычный маховик, но качество генерируемого электричества невысокое. Если к генератору с таким генератором подключается электродвигатель с большими пусковыми токами (холодильник, насос, электроинструмент), то нужно делать соответственный запас по мощности выбираемого генератора с асинхронным генератором, который не переносит пиковых перегрузок. Асинхронные применяются только в некоторых переносных моделях, в профессиональных и стационарных устанавливаются только синхронные.

Альтернаторы

Частота выходного напряжения генератора зависит от частоты вращения приводного двигателя, которая в свою очередь зависит от величины нагрузки и от количества полюсов альтернатора. Чем больше нагрузка, тем меньше частота вращения двигателя и, соответственно, меньше частота выходного напряжения. Чтобы частота вырабатываемой электроэнергии не выходила за пределы, определенные ГОСТом, применяются регуляторы оборотов двигателя.

Читать еще: Что может быть троит двигатель и глохнет

Частота вращения двигателя стабилизируется двумя видами регуляторов:

механическими, которые настроены таким образом, что при нагрузке 75-90% частота выходного напряжения равна 50 Гц. Соответственно, на более малых нагрузках (10-30 % от номинала генератора) частота напряжения будет в пределах 52-53 Гц;
электронными, предназначенными поддерживать постоянную частоту 50 Гц вне зависимости от суммарной нагрузки на двигатель. Генераторы с электронной стабилизацией частоты вращения двигателя стоят дороже обычных с механическим регулятором.

Силовая часть альтернатора и цепи нагрузки комплектуется автоматами защиты или трёхполюсными переключателями-автоматами с ручным или электрическим приводом. Напряжение можно снимать либо через вмонтированные в распределительный щит розетки (на маломощных генераторах), либо через клеммные выводы.

АСИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Особенности конструкции и виды.

Принципиальное отличие асинхронных генераторов (АГ) от их синхронных аналогов заключается в отсутствии жесткой связи частоты вращения ротора с тем же параметром для ЭДС, наводимой в статоре.

Разность между этими показателями называют «скольжением». Указанный эффект возникает из-за того, что индуктор изготавливается в виде короткозамкнутой решетки.

Ротор «беличья клетка»

Известные модели асинхронных генераторов различаются по следующим рабочим параметрам:

способ возбуждения;
методы стабилизации и управления;
диапазон скольжений.

Кроме того, такие агрегаты могут отличаться количеством генерируемых фаз.

Управление режимами.

Для возбуждения рабочих обмоток асинхронных генераторов потребуются внешние воздействия, реализуемые различными по своей эффективности способами. При этом возможны два режима управления запуском: мягкий и жесткий.

Не вдаваясь в подробности процесса управления и обходясь без теоретических выкладок, отметим следующее:

мягкий режим характеризуется быстрым и безопасным выходом на стационарный рабочий ход спустя какое-то время после запуска асинхронной машины;
жесткий режим связан с повышенным расходом энергии и дополнительными рисками для системы;
для реализации последнего чаще всего применяются способы внешнего воздействия (подкачки).

Мягкий запуск с возбуждением обмоток требует больших дополнительных затрат, связанных с использованием дорогостоящих электронных систем.

В простейшем случае обходятся жестким режимом, реализуемым с помощью комплекта конденсаторов или специального компенсатора. В обоих случаях дополнительные элементы подкачки энергии подключаются к статорной обмотке (якорю).

Читать еще: Что звенит в двигателе при наборе оборотов

Преимущества и особенности применения.

К числу бесспорных достоинств асинхронных электрогенераторов относят следующие особенности:

устойчивость к перегрузкам и кз;
простота конструкции и легкость обслуживания;
малые линейные искажения формируемого сигнала;
низкий уровень тепловыделения.

Показатель нелинейных искажений синусоиды у устройств этого класса не превышает 2% (против 15 процентов у синхронных машин); Благодаря этому использование таких электрогенераторов гарантирует устойчивость функционирования подключенного оборудования.

Кроме того, их применение обусловлено способностью вырабатывать активную мощность лишь при условии наличия в нагрузочной цепи реактивной составляющей.

Соблюдение этого требования возможно только в системах, включающих в свой состав индуктивные или емкостные нагрузки. В случае необходимости эти агрегаты могут использоваться в качестве асинхронных двигателей.

С учетом всего сказанногоасинхронные генераторы применяются:

в функции генератора пиковых нагрузок – в тепло- и гидроэлектростанциях, а также в ветряных установках небольшой мощности;
в двигательном режиме они нередко применяются для холодной обкатки двигателей внутреннего сгорания;
при горячей обкатке асинхронная машина переводится в режим генератора, нагружая двигатель и отдавая энергию в бортовую сеть.

В авиации двигательный режим востребован при запуске турбин, а в качестве генератора он обеспечивает бортовые сети переменным и постоянным током.

В системах следящего привода, в автоматических системах управления, а также в ряде цифровых устройств применяются асинхронные тахогенераторы, работающие с полым или короткозамкнутым ротором.

СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР: ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ СТОРОНЫ

Наличие щеточного узла обладает и минусами в работе. Так, тесное постоянное скольжение этих щеток по ротору греет обмотку генератора. Чтобы избежать перегрева, используется воздушная система охлаждения с помощью вентилятора. Данная система приемлема и надежная, но также обладает побочным эффектом, таким как «эффект пылесоса». Открытая конструкция щеточного генератора способствует всасыванию вовнутрь грязи, пыли и влаги. В связи с этим данные генераторы обладают низким классом защиты. Но время не стоит на месте, и много производителей с помощью инновационных достижений довольно хорошо защищают свои генераторы от влаги, пыли и грязи.Выбирая, какой генератор лучше, обратите внимание на класс защиты, иначе необходима частая чистка щеточного узла, из-за мусора и пыли генератор может поломаться. Качественным методом профилактики поломок генератора является замена щеток время от времени. Более качественные щетки медно-графитовые меняются один раз в три-четыре года, а угольные щетки нужно менять не реже, чем раз на два года.

Читать еще: Что за скрежет в двигателе ваз 2107

Минусы щеток:

Охлаждающий вентилятор тянет пыль вовнутрь
Нужно проводить техосмотр – замену щеток
Более высокая цена
Еще одним немаловажным минусом щеток является создание радиопомех.

Комплектующие элементы

Принцип работы и устройство синхронного генератора отличаются тем, что этот агрегат может использоваться в качестве мотора и генератора. Его функциональные возможности позволяют быстро переходить от графика двигателя к графику работы генератора — это во многом зависит от действия тормозящей или вращающей силы оборудования. Такой принцип работы высоко ценится среди квалифицированных специалистов. Стоит отметить, что в графике двигателя в систему входит электрическая энергия, а выходит механическая.

Устройство синхронного генератора включает в себя следующие элементы:

Высококачественная обмотка устройства.
Ротор либо индуктор (вращающегося или подвижного типа). В комплекте к этому элементу обязательно прилагается обмотка возбуждения.
Несколько разновидностей мощных кабелей, способных выдержать большую нагрузку.
Удобный переключатель статорной катушки.
Специальный выпрямитель.
Высококачественная роторная катушка.
Специальный поставщик постоянного тока, работа которого может контролироваться самим пользователем.

Трёхфазный генератор входит в состав цепи переменного тока нелинейных сопротивлений.

Асинхронный генератор переменного тока

Асинхронные генераторы отличаются отсутствием электрической связи меж статором и ротором. Скорость регулируется направляющим аппаратом. Сообразно стабильность частоты падает, амплитуда напряжения также носит непостоянный характер. В результате можно отметить относительную простоту конструкции асинхронного генератора переменного тока, стабильность параметров не блещет хорошими показателями.

Отличительной чертой назовем способность недостатков асинхронных двигателей плавно перекочевывать, заражая новые устройства. Очевидно, для снабжения потребителей энергией регулируют частоту тока, мощность получается случайной. Хотя, если генератор находится в относительно постоянном окружении, сказанное не окажется большой проблемой.