交流和直流發電機如何工作？

電氣工程中的術語“生成”來自拉丁語。意思是“出生”。關於能源，我們可以說發電機是產生電能的技術設備。

在這種情況下，需要注意的是，可以通過轉換不同類型的能量來產生電流，例如：

• 化學品；

• 光;

• 熱和其他。

從歷史上看，發電機是將旋轉動能轉化為電能的結構。

根據發電的類型，發電機有：

1.直流電；

2.變量。

最簡單發電機的工作原理

科學家奧斯特 (Oersted) 和法拉第 (Faraday) 發現了物理定律，這些定律使得通過轉換機械能來產生電力的現代電氣裝置成為可能。

適用任何發電機設計 電磁感應原理當由於電流與產生的旋轉磁場相交而在封閉框架中感應電流時 永久磁鐵 在家庭使用的簡化模型或工業產品上功率增加的勵磁線圈中。

旋轉表圈時，磁通量的大小會發生變化。

迴路中感應的電動勢取決於在閉合迴路S中穿過迴路的磁通量的變化率，並與其值成正比。轉子旋轉得越快，產生的電壓就越高。

為了創建一個閉環並從中轉移電流，有必要創建一個收集器和一個電刷，以在旋轉框架和電路的固定部分之間提供持續接觸。

由於壓在集電板上的彈簧式電刷的結構，電流被傳輸到輸出端子，並從它們傳遞到消費者的網絡。

最簡單直流發電機的工作原理

當框架繞軸旋轉時，其左右兩半圍繞磁鐵的南極或北極旋轉。每次在它們中，電流的方向都會發生反向變化，因此在每個極點，它們都朝一個方向流動。

為了在輸出電路中產生直流電，在集電極節點處為每一半線圈創建一個半環。與環相鄰的刷子僅去除其符號的電位：正或負。

由於旋轉框架的半環是開放的，因此當電流達到最大值或不存在時會在其中產生力矩。為了不僅保持方向，而且保持生成電壓的恆定值，框架是根據專門準備的技術製作的：

• 它使用的不是一個線圈，而是多個——取決於計劃電壓的大小；

• 幀的數量不限於一個副本：他們試圖製作足夠的數量以最佳地將電壓降保持在同一水平。

在直流發電機中，轉子繞組位於槽中 磁路……這樣可以減少感應電磁場的損失。

直流發電機的設計特點

該設備的主要元素是：

• 外接電源架；

• 磁極；

• 定子;

• 旋轉轉子；

• 帶刷子的開關塊。

框架由鋼合金或鑄鐵製成，為整體結構提供機械強度。外殼的另一項任務是在兩極之間傳輸磁通量。

用銷或螺栓固定在身體上的磁鐵極。線圈安裝在它們上面。

定子，也稱為磁軛或骨架，由鐵磁材料製成。勵磁線圈的線圈放在上面。定子鐵芯裝有形成其磁場的磁極。

轉子有一個同義詞：錨。其磁芯由層壓板組成，可減少渦流的形成並提高效率。轉子和/或自激繞組敷設在鐵芯通道中。

帶電刷的開關節點，它的極數可以不同，但​​始終是二的倍數。電刷材料通常是石墨。集電板由銅製成，是最適合電流傳導電​​氣特性的金屬。

由於使用了開關，直流發電機的輸出端會產生一個脈動信號。

直流發電機的主要結構類型

根據勵磁線圈的供電類型，器件區分為：

1.具有自激性；

2.在自主包容的基礎上運作。

首批產品可以：

• 使用永磁體；

• 或通過外部電源運行，例如電池、風力渦輪機……

獨立開關的發電機通過自己的繞組運行，可以連接：

• 依次；

• 分流或併聯激勵。

圖中顯示了此類連接的選項之一。

直流發電機的一個例子是過去經常用於汽車工程的設計。其結構與感應電動機相同。

這種收集器結構可以同時在發動機或發電機模式下運行。正因為如此，它們已經在現有的混合動力車輛中得到廣泛應用。

錨形成過程

當刷子壓力調整不當時，這種情況會在空閒模式下發生，從而產生次優的摩擦模式。由於火花增加，這可能導致磁場減弱或火災。

減少的方法有：

• 通過連接額外的磁極來補償磁場；

• 調整集電刷位置的偏移量。

直流發電機的優點

他們包括：

• 沒有由於滯後和渦流形成而造成的損失；

• 在極端條件下工作；

• 減輕重量和小尺寸。

最簡單交流發電機的工作原理

在這個設計中，使用了與之前模擬相同的細節：

• 磁場;

• 旋轉架；

• 帶電流排放電刷的集電塊。

主要區別在於收集器組件的設計，其設計使得當框架通過電刷旋轉時，與框架的一半不斷接觸，而不會循環改變它們的位置。

因此，根據每一半的諧波規律變化的電流完全不變地傳輸到電刷，然後通過電刷到達消耗電路。

當然，框架不是通過一圈纏繞而成，而是通過計算出的圈數來實現最佳張力。

由此可見，直流發電機和交流發電機的工作原理是相同的，設計上的區別在於：

• 旋轉轉子收集器組件；

• 轉子繞組配置。

工業交流發電機的設計特點

考慮工業感應發電機的主要部件，其中轉子從附近的渦輪機接收旋轉運動。定子結構包括一個電磁鐵（儘管磁場可以由一組永磁體產生）和一個具有一定匝數的轉子繞組。

在每個迴路中感應電動勢，該電動勢依次添加到每個迴路中，並在輸出端形成提供給所連接用戶的電源電路的總電壓值。

為了增加發電機輸出端 EMF 的振幅，採用了特殊設計的磁系統，由於使用帶通道的層壓板形式的特殊等級電工鋼，磁系統由兩個磁路組成。線圈安裝在它們內部。

在發電機外殼中，有一個帶有通道的定子鐵芯，用於容納產生磁場的線圈。

在軸承上旋轉的轉子也有一個開槽磁路，內部安裝了一個接收感應電動勢的線圈。通常，旋轉軸選擇水平方向，儘管也有垂直佈置的發電機和相應的軸承設計。

定子和轉子之間始終存在間隙，這是確保旋轉和防止卡住所必需的。但同時，其中也有磁感應能的損失。因此，他們試圖使其盡可能小，以最佳方式考慮這兩個要求。

勵磁機與轉子位於同一軸上，是功率相對較低的直流發電機。其用途：在獨立勵磁狀態下向發電機的繞組供電。

在創建主要或備用勵磁方法時，此類勵磁器最常用於渦輪機或水力發電機設計。

工業發電機的照片顯示了滑環和電刷的佈置，以捕獲來自旋轉轉子結構的電流。在操作過程中，該設備會承受恆定的機械和電氣應力。為了克服它們，創建了一個複雜的結構，在運行期間需要定期檢查和預防措施。

為了降低產生的運營成本，使用了一種不同的替代技術，該技術也使用旋轉電磁場之間的相互作用。只有永磁體或電磁體放置在轉子上，電壓從固定線圈上移除。

在創建這樣的電路時，這樣的結構可以稱為術語“交流發電機”。它用於同步發電機：高頻、汽車、內燃機車和船舶、用於發電的發電廠裝置。

同步發電機的特點

工作原理

該動作的名稱和顯著特徵在於在定子繞組 «f» 中感應的交變電動勢的頻率與轉子的旋轉之間建立剛性連接。

定子上裝有三相繞組，轉子上裝有帶鐵芯的電磁鐵和勵磁繞組，由直流電路通過電刷集電器供電。

轉子由機械能驅動旋轉 - 驅動電機以相同的速度旋轉。它的磁場做同樣的運動。

在定子繞組中感應出大小相同但方向偏移 120 度的電動勢，形成三相對稱系統。

當它們連接到消費電路的繞組末端時，相電流開始在電路中起作用，形成以相同方式旋轉的磁場：同步。

感應電動勢的輸出信號形式只取決於磁感應矢量在轉子磁極和定子板之間間隙中的分佈規律。因此，當感應幅度按照正弦規律變化時，他們尋求創建這樣的設計。

當間隙一定時，間隙內的流矢呈梯形，如圖線圖1所示。

但是，如果通過將間隙更改為最大值來校正極點邊緣的形狀以使其傾斜，則可以實現正弦分佈形狀，如第 2 行所示。這種技術已在實踐中使用。

同步發電機的勵磁電路

轉子 «OB» 勵磁繞組上產生的磁動勢產生其磁場。為此，有不同的直流勵磁器設計基於：

1.聯繫方式；

2.非接觸法。

在第一種情況下，使用了一個稱為勵磁機 «B» 的獨立發電機。根據並聯勵磁原理，其勵磁線圈由一個附加發電機供電，稱為 «PV» 勵磁機。

所有轉子都位於一個公共軸上。因此，它們以完全相同的方式旋轉。變阻器 r1 和 r2 用於調節激勵和放大器電路中的電流。

使用非接觸式方法，轉子上沒有滑環。三相勵磁繞組直接安裝在其上。它與轉子同步旋轉，並通過同向旋轉的整流器將直流電直接傳輸到勵磁機繞組«B»。

非接觸式電路的類型有：

1、定子自身繞組自勵磁系統；

2.自動化方案。

在第一種方法中，來自定子繞組的電壓被饋送到降壓變壓器，然後被饋送到半導體整流器«PP»，從而產生直流電。

使用這種方法，初始激勵是由於剩磁現象而產生的。

創建自激的自動方案涉及使用：

• 電壓互感器VT；

• 自動勵磁調節器ATS；

• 電流互感器TT；

• 整流器VT；

• 晶閘管變流器TP；

• 保護塊BZ。

異步發電機的特點

這些設計之間的主要區別在於轉子速度 (nr) 與線圈中感應的電動勢 (n) 之間缺乏剛性關係。它們之間總是有區別的，這就是所謂的“滑”。它用拉丁字母“S”表示，用公式 S = (n-nr) / n 表示。

當負載連接到發電機時，會產生製動力矩來轉動轉子。它會影響生成的 EMF 的頻率，產生負滑移。

異步發電機轉子的結構如下：

• 短路；

• 階段;

• 空洞的。

異步生成器可以有：

1.獨立興奮；

2.自激。

在第一種情況下，使用外部交流電壓源，在第二種情況下，在初級、次級或兩種類型的電路中使用半導體轉換器或電容器。

因此，交流發電機和直流發電機在構造原理上有很多共同之處，但在某些元件的設計上有所不同。