Отримання змінного струму

Отримання змінного струму

Для отримання змінного струму промислової частоти (50 гц) На електричних станціях встановлено електромашинні синхронні генератори змінного струму. У цих машинах, як і в генераторах постійного струму, вживається явище електромагнітної індукції. Засобом генератора змінного струму механічна енергія, що повідомляється первинним двигуном (паровий або гідравлічної турбіною), перетворюється в електричну енергію змінного струму.

синхронний генератор (Рис. 1) складається з нерухомої частини 1 - статора і обертається 2 - ротора .

Статор збирається з листової електротехнічної сталі. Він має форму порожнього циліндра. У пазах (каналоподіб западинах), виготовлених уздовж внутрішньої поверхні статора, укладені ізольовані провідники, з`єднані між собою і утворюють обмотку змінного струму статора.

Мал. 1 Схема пристрою генератора змінного струму

Ротор являє собою електромагніт, що порушується постійним струмом. Цей струм збудження подається в обмотку ротора через мідні кільця, укріплені на валу ротора. По кільцях ковзають нерухомі щітки, з`єднані проводами з збудником - маленьким щодо генератором постійного струму.

Мал. 2 неявнополюсного ротор турбогенератора

Конструкція ротора знаходиться в залежності від робочої швидкості обертання на яку розрахований генератор. Для швидкохідних генераторів, що обертаються паровими турбінами (турбогенератори), ротори виготовляються неявнополюсними (рис.2). Для тихохідних генераторів, що обертаються гідравлічними турбінами (гідрогенератори) ротори виготовляються явнополюснимі (рис.3).

Простий по влаштуванню неявнополюсного ротор (3000 і. 1500 об / хв)являє собою громіздку залізну поковки (см. рис. 2), в кругових пазах якої зміцнюються металевими клинами провідники обмотки збудження.

Мал. 3 Явнополюсний ротор

Магнітний потік ротора проходить через тіло ротора, два повітряних проміжку між статором і ротором і сердечник, статора (див. Рис. 1). При обертанні ротора цей магнітний потік Ф перетинає провідники статора і індукує в їх змінну е. д. з. Тому що магнітний потік в повітряному проміжку спрямований перпендикулярно до провідників обмотки статора, та відповідно до закону електричної індукції в кожному з цих провідників при обертанні потоку индуктируется е. д. з.

е = BLV

де B - магнітна індукція в пазу, де знаходиться даний провідник;

L - активна довжина провідника, т. е. довжина тієї частини провідника, яка знаходиться в магнітному полі- V- окружна швидкість, т. Е. Швидкість руху магнітного потоку по відношенню до провідника.

У більшості випадків окружна швидкість генератора підтримується незмінною (v = const) і тому що довжина L теж постійна, то зміна е. д. з. е при обертанні ротора викликається тільки змінами магнітної індукціїB вздовж окружності ротора. Якщо ця індукція розподілена вздовж окружності ротора синусоидально (В = Вm sin а), то е. д. з. змінюється в часі теж синусоидально (е = Еm sin wt) Ця подія використовується при побудові генераторів змінного струму для того, щоб отримувати від їх синусоїдальна напруга.

Одному обороту двополюсного ротора відповідає один період змінної е. д. е., индуктируемой в провідниках обмотки статора. Якщо ж статор має р пар полюсів, то поворот ротора на кут, яку він обіймав однією парою полюсів, обумовлює один період конфігурації е. д. з. В даному випадку одному обороту ротора відповідає р періодів змінної е. д. з. Ротор робить n об / хв-як слід, за хвилину змінна е. д. з. генератора буде мати p • n періодів. Число періодів за секунду генератора змінного струму, т. Е. Частота його змінної е. д. е., буде в 60 разів менше:

f = pn / 60

Але генератор повинен давати змінний струм стандартної частоти f = 50 гц. При цьому умови p • n = 3000.

Таким чином, максимальна швидкість, яку може мати генератор змінного струму промислової частоти, відповідає одній парі полюсівp= 1. При цій швидкостіn= 3000 об / хв працюють вищезгадані турбогенератори. Вигідно будувати машини з більшою допустимою швидкістю, так як при одній і тій же потужності, ніж швидкохідні машина, тим менше її вага і габарити.

Але швидкість гідрогенератора визначається швидкістю руху води, тому при будівництві гідростанції на річках з повільною течією доводиться напихати ротори гідрогенераторів величезним числом полюсів. Наприклад, генератори Дніпровської гідростанції ім. Леніна роблять 83,3 об / хв, а їх ротори мають по 72 полюса (т. е.p= 36).