Elektrisko mašīnu var definēt kā ierīci, kas pārveido elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā vai mehānisko enerģiju elektriskajā enerģijā. An elektriskais ģenerators var definēt kā elektrisko mašīnu, kas pārveido mehānisko enerģiju elektriskajā enerģijā. Elektriskais ģenerators parasti sastāv no divām statora un rotora daļām. Pastāv dažādi elektrisko ģeneratoru veidi, piemēram, līdzstrāvas ģeneratori, maiņstrāvas ģeneratori, transportlīdzekļu ģeneratori, cilvēku darbināmi elektriskie ģeneratori utt. Šajā rakstā apspriedīsimies par sinhronā ģeneratora darbības principu.
Sinhronais ģenerators
Elektriskās mašīnas rotējošās un stacionārās daļas var attiecīgi saukt par rotoru un statoru. Elektrisko mašīnu rotors vai stators darbojas kā elektroenerģijas ražošanas komponents, un to sauc par armatūru. Lai nodrošinātu, tiek izmantoti elektromagnēti vai pastāvīgie magnēti, kas uzstādīti uz statora vai rotora magnētiskais lauks elektrisko mašīnu. Ģeneratoru, kurā ierosmes lauka nodrošināšanai spoles vietā izmanto pastāvīgo magnētu, sauc par pastāvīgā magnēta sinhrono ģeneratoru vai arī vienkārši sauc par sinhrono ģeneratoru.
Sinhronā ģeneratora uzbūve
Parasti sinhronais ģenerators sastāv no divām rotora un statora daļām. Rotora daļa sastāv no lauka stabiem un statora daļa sastāv no armatūras vadītājiem. Lauka stabu rotācija armatūras vadītāju klātbūtnē izraisa mainīgs spriegums kā rezultātā rodas elektroenerģija.
Sinhronā ģeneratora uzbūve
Lauka stabu ātrums ir sinhronais ātrums, un to nosaka
Kur “f” norāda maiņstrāvas frekvenci un “P” norāda polu skaitu.
Sinhronā ģeneratora darbības princips
Sinhronā ģeneratora darbības princips ir elektromagnētiskā indukcija. Ja iziet relatīvā kustība starp plūsmu un vadītājiem, tad vadītājos tiek inducēts emf. Lai saprastu sinhronā ģeneratora darbības principu, ņemsim vērā divus pretējus magnētiskos stabus starp tiem taisnstūra spole vai pagrieziens ir novietots, kā parādīts zemāk redzamajā attēlā.
Taisnstūra vadītājs, kas novietots starp diviem pretējiem magnētiskajiem poliem
Ja taisnstūrveida pagrieziens pagriežas pulksteņrādītāja kustības virzienā pret asi a-b, kā parādīts zemāk redzamajā attēlā, tad pēc 90 grādu rotācijas pabeigšanas vadītāja malas AB un CD nāk attiecīgi S-pola un N-pola priekšā. Tādējādi tagad mēs varam teikt, ka vadītāja tangenciālā kustība ir perpendikulāra magnētiskās plūsmas līnijām no ziemeļu līdz dienvidu polam.
Vadītāja rotācijas virziens perpendikulāri magnētiskajai plūsmai
Tātad, šeit diriģenta plūsmas griešanas ātrums ir maksimāls un inducē strāvu vadītājā, inducētās strāvas virzienu var noteikt, izmantojot Fleminga labās rokas likums . Tādējādi mēs varam teikt, ka strāva pāriet no A uz B un no C līdz D. Ja vadītājs tiek pagriezts pulksteņrādītāja virzienā vēl 90 grādus, tad tas nonāks vertikālā stāvoklī, kā parādīts zemāk redzamajā attēlā.
Vadītāja rotācijas virziens paralēli magnētiskajai plūsmai
Tagad vadītāja un magnētiskās plūsmas līniju pozīcija ir paralēla viena otrai, un tādējādi neviena plūsma negriežas un vadītājā netiks inducēta strāva. Tad, kamēr vadītājs pagriežas no pulksteņrādītāja virzienā vēl 90 grādus, taisnstūra pagrieziens nonāk horizontālā stāvoklī, kā parādīts zemāk redzamajā attēlā. Tādi, ka vadītāji AB un CD atrodas attiecīgi zem N un S pola. Piemērojot Fleminga labās rokas likumu, strāva induktorā AB tiek novirzīta no punkta B līdz A, bet strāva - vadītāja CD no punkta D līdz C.
Tātad strāvas virzienu var norādīt kā A - D - C - B, un strāvas virziens taisnstūra pagrieziena iepriekšējam horizontālajam stāvoklim ir A - B - C - D. Ja pagriezienu atkal pagriež vertikālā stāvoklī, tad inducētā strāva atkal samazinās līdz nullei. Tādējādi vienam pilnam taisnstūra pagrieziena apgriezienam strāva vadītājā sasniedz maksimumu un samazinās līdz nullei un pēc tam pretējā virzienā sasniedz maksimumu un atkal sasniedz nulli. Tādējādi viena taisnstūra pagrieziena pilnīga apgrieziena rezultātā rodas viens pilns sinusa vilnis vadītājā inducētā strāva ko var nosaukt par maiņstrāvas ģenerēšanu, pagriežot pagriezienu magnētiskā lauka iekšienē.
Ja mēs uzskatām praktisku sinhrono ģeneratoru, tad lauka magnēti rotē starp stacionārajiem armatūras vadītājiem. Sinhronā ģeneratora rotors un vārpstas vai turbīnas asmeņi ir mehāniski savienoti viens ar otru un rotē ar sinhronu ātrumu. Tādējādi magnētiskā plūsma griešana rada inducētu emf, kas izraisa strāvas plūsmu armatūras vadītājos. Tādējādi katrai tinumam strāva plūst vienā virzienā pirmā pusgada ciklā un strāva otrā virzienā cikla otrajā pusē ar laika nobīdi 120 grādi (jo tie pārvietojas par 120 grādiem). Tādējādi sinhronā ģeneratora izejas jaudu var parādīt, kā parādīts zemāk.
Vai vēlaties uzzināt vairāk par sinhronajiem ģeneratoriem un vai jūs interesē projektēšana elektronikas projekti ? Jūtieties brīvi dalīties ar saviem uzskatiem, idejām, ierosinājumiem, jautājumiem un komentāriem zemāk esošajā komentāru sadaļā.
