交流和直流发电机如何工作？

电气工程中的术语“生成”来自拉丁语。意思是“出生”。关于能源，我们可以说发电机是产生电能的技术设备。

在这种情况下，需要注意的是，可以通过转换不同类型的能量来产生电流，例如：

• 化学品；

• 光;

• 热和其他。

从历史上看，发电机是将旋转动能转化为电能的结构。

根据发电的类型，发电机有：

1.直流电；

2.变量。

最简单发电机的工作原理

科学家奥斯特 (Oersted) 和法拉第 (Faraday) 发现了物理定律，这些定律使得通过转换机械能来产生电力的现代电气装置成为可能。

适用任何发电机设计 电磁感应原理当由于电流与产生的旋转磁场相交而在封闭框架中感应电流时 永久磁铁 在家庭使用的简化模型或工业产品上功率增加的励磁线圈中。

旋转表圈时，磁通量的大小会发生变化。

回路中感应的电动势取决于在闭合回路S中穿过回路的磁通量的变化率，并与其值成正比。转子旋转得越快，产生的电压就越高。

为了创建一个闭环并从中转移电流，有必要创建一个收集器和一个电刷，以在旋转框架和电路的固定部分之间提供持续接触。

由于压在集电板上的弹簧式电刷的结构，电流被传输到输出端子，并从它们传递到消费者的网络。

最简单直流发电机的工作原理

当框架绕轴旋转时，其左右两半围绕磁铁的南极或北极旋转。每次在它们中，电流的方向都会发生反向变化，因此在每个极点，它们都朝一个方向流动。

为了在输出电路中产生直流电，在集电极节点处为每一半线圈创建一个半环。与环相邻的刷子仅去除其符号的电位：正或负。

由于旋转框架的半环是开放的，因此当电流达到最大值或不存在时会在其中产生力矩。为了不仅保持方向，而且保持生成电压的恒定值，框架是根据专门准备的技术制作的：

• 它使用的不是一个线圈，而是多个——取决于计划电压的大小；

• 帧的数量不限于一个副本：他们试图制作足够的数量以最佳地将电压降保持在同一水平。

在直流发电机中，转子绕组位于槽中 磁路……这样可以减少感应电磁场的损失。

直流发电机的设计特点

该设备的主要元素是：

• 外接电源架；

• 磁极；

• 定子;

• 旋转转子；

• 带刷子的开关块。

框架由钢合金或铸铁制成，为整体结构提供机械强度。外壳的另一项任务是在两极之间传输磁通量。

用销或螺栓固定在身体上的磁铁极。线圈安装在它们上面。

定子，也称为磁轭或骨架，由铁磁材料制成。励磁线圈的线圈放在上面。定子铁芯装有形成其磁场的磁极。

转子有一个同义词：锚。其磁芯由层压板组成，可减少涡流的形成并提高效率。转子和/或自激绕组敷设在铁芯通道中。

带电刷的开关节点，它的极数可以不同，但​​始终是二的倍数。电刷材料通常是石墨。集电板由铜制成，是最适合电流传导电气特性的金属。

由于使用了开关，直流发电机的输出端会产生一个脉动信号。

直流发电机的主要结构类型

根据励磁线圈的供电类型，器件区分为：

1.具有自激性；

2.在自主包容的基础上运作。

首批产品可以：

• 使用永磁体；

• 或通过外部电源运行，例如电池、风力涡轮机……

独立开关的发电机通过自己的绕组运行，可以连接：

• 依次；

• 分流或并联激励。

图中显示了此类连接的选项之一。

直流发电机的一个例子是过去经常用于汽车工程的设计。其结构与感应电动机相同。

这种收集器结构可以同时在发动机或发电机模式下运行。正因为如此，它们已经在现有的混合动力车辆中得到广泛应用。

锚形成过程

当刷子压力调整不当时，这种情况会在空闲模式下发生，从而产生次优的摩擦模式。由于火花增加，这可能导致磁场减弱或火灾。

减少的方法有：

• 通过连接额外的磁极来补偿磁场；

• 调整集电刷位置的偏移量。

直流发电机的优点

他们包括：

• 没有由于滞后和涡流形成而造成的损失；

• 在极端条件下工作；

• 减轻重量和小尺寸。

最简单交流发电机的工作原理

在这个设计中，使用了与之前的模拟相同的细节：

• 磁场;

• 旋转架；

• 带电流排放电刷的集电块。

主要区别在于收集器组件的设计，其设计使得当框架通过电刷旋转时，与框架的一半不断接触，而不会循环改变它们的位置。

因此，根据每一半的谐波规律变化的电流完全不变地传输到电刷，然后通过电刷到达消耗电路。

当然，框架不是通过一圈缠绕而成，而是通过计算出的圈数来实现最佳张力。

由此可见，直流发电机和交流发电机的工作原理是相同的，设计上的区别在于：

• 旋转转子收集器组件；

• 转子绕组配置。

工业交流发电机的设计特点

考虑工业感应发电机的主要部件，其中转子从附近的涡轮机接收旋转运动。定子结构包括一个电磁铁（尽管磁场可以由一组永磁体产生）和一个具有一定匝数的转子绕组。

在每个回路中感应电动势，该电动势依次添加到每个回路中，并在输出端形成提供给所连接用户的电源电路的总电压值。

为了增加发电机输出端 EMF 的振幅，采用了特殊设计的磁系统，由于使用带通道的层压板形式的特殊等级电工钢，磁系统由两个磁路组成。线圈安装在它们内部。

在发电机外壳中，有一个带有通道的定子铁芯，用于容纳产生磁场的线圈。

在轴承上旋转的转子也有一个开槽磁路，内部安装了一个接收感应电动势的线圈。通常，旋转轴选择水平方向，尽管也有垂直布置的发电机和相应的轴承设计。

定子和转子之间始终存在间隙，这是确保旋转和防止卡住所必需的。但同时，其中也有磁感应能的损失。因此，他们试图使其尽可能小，以最佳方式考虑这两个要求。

励磁机与转子位于同一轴上，是功率相对较低的直流发电机。其用途：在独立励磁状态下向发电机的绕组供电。

在创建主要或备用励磁方法时，此类励磁器最常用于涡轮机或水力发电机设计。

工业发电机的照片显示了滑环和电刷的布置，以捕获来自旋转转子结构的电流。在操作过程中，该设备会承受恒定的机械和电气应力。为了克服它们，创建了一个复杂的结构，在运行期间需要定期检查和预防措施。

为了降低产生的运营成本，使用了一种不同的替代技术，该技术也使用旋转电磁场之间的相互作用。只有永磁体或电磁体放置在转子上，电压从固定线圈上移除。

在创建这样的电路时，这样的结构可以称为术语“交流发电机”。它用于同步发电机：高频、汽车、内燃机车和船舶、用于发电的发电厂装置。

同步发电机的特点

工作原理

该动作的名称和显着特征在于在定子绕组 «f» 中感应的交变电动势的频率与转子的旋转之间建立刚性连接。

定子上装有三相绕组，转子上装有带铁芯的电磁铁和励磁绕组，由直流电路通过电刷集电器供电。

转子由机械能驱动旋转 - 驱动电机以相同的速度旋转。它的磁场做同样的运动。

在定子绕组中感应出大小相同但方向偏移 120 度的电动势，形成三相对称系统。

当它们连接到消费电路的绕组末端时，相电流开始在电路中起作用，形成以相同方式旋转的磁场：同步。

感应电动势输出信号的形式只取决于磁感应矢量在转子磁极和定子板之间的间隙中的分布规律。因此，当感应的大小根据正弦规律变化时，他们寻求创建这样的设计。

当间隙一定时，间隙内的流矢呈梯形，如图线图1所示。

但是，如果通过将间隙更改为最大值来校正极点边缘的形状以使其倾斜，则可以实现正弦分布形状，如第 2 行所示。这种技术已在实践中使用。

同步发电机的励磁电路

转子 «OB» 励磁绕组上产生的磁动势产生其磁场。为此，有不同的直流励磁器设计基于：

1.联系方式；

2.非接触法。

在第一种情况下，使用了一个称为励磁机 «B» 的独立发电机。根据并联励磁原理，其励磁线圈由一个附加发电机供电，称为 «PV» 励磁机。

所有转子都位于一个公共轴上。因此，它们以完全相同的方式旋转。变阻器 r1 和 r2 用于调节激励和放大器电路中的电流。

使用非接触式方法，转子上没有滑环。三相励磁绕组直接安装在其上。它与转子同步旋转，并通过同向旋转的整流器将直流电直接传输到励磁机绕组«B»。

非接触式电路的类型有：

1、定子自身绕组自励磁系统；

2.自动化方案。

在第一种方法中，来自定子绕组的电压被馈送到降压变压器，然后被馈送到半导体整流器«PP»，从而产生直流电。

使用这种方法，初始激励是由于剩磁现象而产生的。

创建自激的自动方案涉及使用：

• 电压互感器VT；

• 自动励磁调节器ATS；

• 电流互感器TT；

• 整流器VT；

• 晶闸管变流器TP；

• 保护块BZ。

异步发电机的特点

这些设计之间的主要区别在于转子速度 (nr) 与线圈中感应的电动势 (n) 之间缺乏刚性关系。它们之间总是有区别的，这就是所谓的“滑”。它用拉丁字母“S”表示，用公式 S = (n-nr) / n 表示。

当负载连接到发电机时，会产生制动力矩来转动转子。它会影响生成的 EMF 的频率，产生负滑移。

异步发电机转子的结构如下：

• 短路；

• 阶段;

• 空洞的。

异步生成器可以有：

1.独立兴奋；

2.自激。

在第一种情况下，使用外部交流电压源，在第二种情况下，在初级、次级或两种类型的电路中使用半导体转换器或电容器。

因此，交流发电机和直流发电机在构造原理上有很多共同之处，但在某些元件的设计上有所不同。