AC 및 DC 발전기는 어떻게 작동합니까?

전기 공학에서 "세대"라는 용어는 라틴어에서 유래되었습니다. 그것은 "출생"을 의미합니다. 에너지와 관련하여 발전기는 전기를 생성하는 기술 장치라고 말할 수 있습니다.

이 경우 전류는 다양한 유형의 에너지를 변환하여 생성할 수 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

• 화학적인;

• 빛;

• 열 및 기타.

역사적으로 발전기는 회전 운동 에너지를 전기로 변환하는 구조입니다.

생성된 전기의 유형에 따라 발전기는 다음과 같습니다.

1. 직류

2. 변수.

가장 간단한 발전기의 작동 원리

기계적 에너지를 변환하여 전기를 생성하기 위한 현대식 전기 설비를 만들 수 있게 해주는 물리적 법칙은 과학자 Oersted와 Faraday에 의해 발견되었습니다.

모든 발전기 설계 적용 전자기 유도의 원리생성되는 회전 자기장과의 교차로 인해 닫힌 프레임에 전류가 유도되는 경우 영구 자석 가정용 단순화된 모델 또는 전력이 증가된 산업 제품의 여기 코일.

베젤을 돌리면 자속의 크기가 바뀝니다.

루프에 유도된 기전력은 폐루프 S에서 루프를 관통하는 자속의 변화율에 따라 달라지며 그 값에 정비례합니다. 회전자가 더 빠르게 회전할수록 더 높은 전압이 생성됩니다.

폐쇄 루프를 만들고 전류를 전환하려면 회전 프레임과 회로의 고정 부분 사이에 일정한 접촉을 제공하는 컬렉터와 브러시를 만들어야 했습니다.

집전판에 눌려진 스프링 장착 브러시의 구조로 인해 전류가 출력 단자로 전송되고 여기에서 소비자의 네트워크로 전달됩니다.

가장 단순한 DC 발전기의 작동 원리

프레임이 축을 중심으로 회전함에 따라 왼쪽 및 오른쪽 절반이 자석의 남극 또는 북극을 중심으로 순환합니다. 그들 안에는 역방향으로 전류의 방향이 변경되어 각 극에서 한 방향으로 흐릅니다.

출력 회로에 직류를 생성하기 위해 코일의 각 절반에 대한 컬렉터 노드에 하프 링이 생성됩니다. 링에 인접한 브러시는 해당 기호(양수 또는 음수)의 전위만 제거합니다.

회전 프레임의 세미 링이 열려 있기 때문에 전류가 최대 값에 도달하거나 없을 때 순간이 생성됩니다. 방향뿐만 아니라 생성 된 전압의 일정한 값을 유지하기 위해 특별히 준비된 기술에 따라 프레임이 만들어집니다.

• 계획된 전압의 크기에 따라 하나의 코일이 아니라 여러 코일을 사용합니다.

• 프레임 수는 하나의 사본으로 제한되지 않습니다. 동일한 수준에서 전압 강하를 최적으로 유지하기에 충분한 수를 만들려고 합니다.

DC 발전기에서 회 전자 권선은 슬롯에 있습니다. 자기 회로… 유도 전자기장의 손실을 줄일 수 있습니다.

DC 발전기의 설계 특징

장치의 주요 요소는 다음과 같습니다.

• 외부 전원 프레임;

• 자극;

• 고정자;

• 회전자;

• 브러시로 블록을 전환합니다.

전체 구조에 기계적 강도를 부여하기 위해 강철 합금 또는 주철로 만든 프레임. 하우징의 추가 작업은 극 사이에서 자속을 전달하는 것입니다.

핀이나 볼트로 본체에 부착된 자석의 극. 코일이 장착되어 있습니다.

요크 또는 스켈레톤이라고도 하는 고정자는 강자성 재료로 만들어집니다. 여기 코일의 코일이 그 위에 놓입니다. 자기장을 형성하는 자극이 장착된 고정자 코어.

Rotor는 앵커와 동의어입니다. 자기 코어는 맴돌이 전류의 형성을 줄이고 효율성을 높이는 적층판으로 구성됩니다. 회전자 및/또는 자려 권선은 코어 채널에 배치됩니다.

브러시가 있는 스위칭 노드는 극 수가 다를 수 있지만 항상 2의 배수입니다. 브러시 재료는 일반적으로 흑연입니다. 집전판은 전류 전도의 전기적 특성에 가장 적합한 금속인 구리로 만들어집니다.

스위치 사용 덕분에 DC 발전기의 출력 단자에서 맥동 신호가 생성됩니다.

DC 발전기의 주요 구성 유형

여기 코일의 전원 공급 장치 유형에 따라 장치가 구분됩니다.

1. 자기 흥분으로;

2. 독립적인 포함을 기반으로 운영.

첫 번째 제품은 다음을 수행할 수 있습니다.

• 영구 자석을 사용하십시오.

• 또는 외부 소스(예: 배터리, 풍력 터빈...)에서 작동합니다.

독립적으로 전환되는 발전기는 다음과 같이 연결할 수 있는 자체 권선에서 작동합니다.

• 순차적으로;

• 션트 또는 병렬 여기.

이러한 연결 옵션 중 하나가 다이어그램에 표시되어 있습니다.

DC 발전기의 예는 과거 자동차 공학에서 자주 사용되었던 설계입니다. 구조는 유도 전동기와 동일합니다.

이러한 컬렉터 구조는 엔진 또는 발전기 모드에서 동시에 작동할 수 있습니다. 이로 인해 기존 하이브리드 차량에 널리 보급되었습니다.

앵커 형성 과정

이는 유휴 모드에서 브러시 압력이 잘못 조정되어 최적이 아닌 마찰 모드를 생성할 때 발생합니다. 이로 인해 자기장이 감소하거나 스파크가 증가하여 화재가 발생할 수 있습니다.

줄이는 방법은 다음과 같습니다.

• 추가 극을 연결하여 자기장 보상;

• 컬렉터 브러시의 위치 오프셋 조정.

DC 발전기의 장점

여기에는 다음이 포함됩니다.

• 히스테리시스 및 와전류 형성으로 인한 손실 없음;

• 극한 상황에서 일하십시오.

• 무게 감소 및 작은 크기.

가장 단순한 교류 발전기의 작동 원리

이 디자인 내에서 이전 아날로그와 동일한 세부 정보가 사용됩니다.

• 자기장;

• 회전 프레임;

• 전류 배수 브러시가 있는 컬렉터 블록.

주요 차이점은 프레임이 브러시를 통해 회전할 때 주기적으로 위치를 변경하지 않고 프레임의 절반과 지속적으로 접촉하도록 설계된 컬렉터 어셈블리의 설계에 있습니다.

따라서 각 절반의 고조파 법칙에 따라 변경되는 전류는 완전히 변경되지 않은 상태로 브러시로 전달된 다음 이를 통해 소비자 회로로 전달됩니다.

당연히 프레임은 한 바퀴가 아니라 최적의 장력을 얻기 위해 계산된 수만큼 감아 만들어집니다.

따라서 DC 및 AC 발전기의 작동 원리는 일반적이며 설계상의 차이점은 다음과 같습니다.

• 회전자 컬렉터 어셈블리;

• 로터 권선 구성.

산업용 교류 발전기의 설계 특징

로터가 인근 터빈에서 회전 운동을 받는 산업용 유도 발전기의 주요 부품을 고려하십시오. 고정자 구성에는 전자석(영구 자석 세트에 의해 자기장이 생성될 수 있음)과 특정 수의 권선이 있는 회전자 권선이 포함됩니다.

기전력은 각 루프에서 유도되며 각 루프에 연속적으로 추가되고 출력 단자에서 연결된 소비자의 공급 회로에 공급되는 총 전압 값을 형성합니다.

발전기 출력에서 ​​EMF의 진폭을 증가시키기 위해 채널이 있는 라미네이트 플레이트 형태의 특수 등급의 전기 강판을 사용하기 때문에 두 개의 자기 회로로 구성된 자기 시스템의 특수 설계가 사용됩니다. 코일이 내부에 설치됩니다.

발전기 하우징에는 자기장을 생성하는 코일을 수용하는 채널이 있는 고정자 코어가 있습니다.

베어링에서 회전하는 로터에는 내부에 유도 EMF를 받는 코일이 장착된 슬롯형 자기 회로가 있습니다. 일반적으로 회전축에 대해 수평 방향이 선택되지만 수직 배열과 베어링의 해당 설계가 있는 발전기가 있습니다.

회전을 보장하고 걸림을 방지하는 데 필요한 간격이 고정자와 회전자 사이에 항상 생성됩니다. 그러나 동시에 자기 유도 에너지의 손실이 있습니다. 따라서 두 가지 요구 사항을 최적의 방식으로 고려하여 가능한 한 작게 만들려고 합니다.

로터와 동일한 샤프트에 위치한 여자기는 상대적으로 저전력 직류 발전기입니다. 그 목적은 독립적인 여기 상태에서 발전기의 권선에 전기를 공급하는 것입니다.

이러한 가진기는 가진의 기본 또는 백업 방법을 생성할 때 터빈 또는 수력 발전기 설계와 함께 가장 자주 사용됩니다.

산업용 발전기의 사진은 회전하는 회전자 구조에서 전류를 포착하기 위한 슬립 링과 브러시의 배열을 보여줍니다. 작동 중에 이 장치는 일정한 기계적 및 전기적 스트레스를 받습니다. 이를 극복하기 위해 작동 중에 주기적 점검과 예방 조치가 필요한 복잡한 구조가 생성됩니다.

생성된 운영 비용을 줄이기 위해 회전하는 전자기장 간의 상호 작용도 사용하는 다른 대체 기술이 사용됩니다. 영구 자석 또는 전자석만 회전자에 배치되고 고정 코일에서 전압이 제거됩니다.

이러한 회로를 생성할 때 이러한 구조를 «교류기»라고 부를 수 있습니다. 고주파, 자동차, 디젤 기관차 및 선박, 전기 생산을 위한 발전소 설비와 같은 동기식 발전기에 사용됩니다.

동기 발전기의 특성

동작 원리

이 동작의 이름과 특징은 고정자 권선(f)에 유도된 교류 기전력의 주파수와 회전자의 회전 사이에 견고한 연결을 생성하는 데 있습니다.

3상 권선이 고정자에 장착되고 회전자에는 코어가 있는 전자석과 브러시 컬렉터를 통해 DC 회로에 의해 공급되는 여자 권선이 있습니다.

로터는 기계적 에너지원(동일한 속도의 구동 모터)에 의해 회전합니다. 그것의 자기장은 같은 움직임을 만듭니다.

크기는 같지만 방향이 120도 이동된 기전력이 고정자 권선에 유도되어 3상 대칭 시스템을 생성합니다.

소비자 회로의 권선 끝에 연결되면 위상 전류가 회로에서 작동하기 시작하여 동일한 방식으로 회전하는 자기장을 형성합니다.

유도 EMF의 출력 신호 형태는 회전자 극과 고정자 판 사이의 간격에서 자기 유도 벡터의 분포 법칙에만 의존합니다. 따라서 정현파 법칙에 따라 유도의 크기가 변할 때 그러한 디자인을 만들려고 합니다.

간격이 일정할 때 간격 내부의 흐름 벡터는 선 그래프 1과 같이 사다리꼴입니다.

그러나 간격을 최대값으로 변경하여 극점의 줄무늬 모양을 왜곡되도록 수정하면 라인 2와 같이 분포의 정현파 모양을 얻을 수 있습니다. 이 기술은 실제로 사용됩니다.

동기 발전기용 여기 회로

로터 «OB»의 여자 권선에서 발생하는 기자력은 자기장을 생성합니다. 이를 위해 다음을 기반으로 하는 다양한 DC 여자기 설계가 있습니다.

1. 연락 방법

2. 비접촉 방식.

첫 번째 경우에는 여진기 «B»라는 별도의 발전기가 사용됩니다. 여기 코일은 «PV» 여기기라고 하는 병렬 여기 원리에 따라 추가 발전기에 의해 구동됩니다.

모든 로터는 공통 샤프트에 있습니다. 따라서 정확히 같은 방식으로 회전합니다. Rheostats r1 및 r2는 여기 및 증폭기 회로의 전류를 조절하는 데 사용됩니다.

비접촉 방식으로 로터에 슬립 링이 없습니다. 3상 여자기 권선이 직접 장착됩니다. 로터와 동기식으로 회전하고 동시 회전 정류기를 통해 직접 여자기 권선(B)으로 직류를 전송합니다.

비접촉식 회로의 유형은 다음과 같습니다.

1. 고정자 자체 권선의 자기 여기 시스템

2. 자동화 체계.

첫 번째 방법에서는 고정자 권선의 전압이 강압 변압기에 공급된 다음 직류를 생성하는 반도체 정류기 «PP»에 공급됩니다.

이 방법을 사용하면 잔류 자기 현상으로 인해 초기 여기가 생성됩니다.

자기 여기 생성을 위한 자동 계획에는 다음이 사용됩니다.

• 전압 변압기 VT;

• 자동 여기 조절기 ATS;

• 변류기 TT;

• 정류기 VT;

• 사이리스터 컨버터 TP;

• 보호 블록 BZ.

비동기 발전기의 특성

이러한 디자인의 주요 차이점은 회전자 속도(nr)와 코일에 유도된 EMF(n) 사이에 엄격한 관계가 없다는 것입니다. 그들 사이에는 항상 "미끄러짐"이라고하는 차이가 있습니다. 라틴 문자 "S"로 표시되며 공식 S = (n-nr) / n으로 표시됩니다.

부하가 발전기에 연결되면 로터를 돌리기 위해 제동 토크가 생성됩니다. 생성된 EMF의 주파수에 영향을 미치고 네거티브 슬립을 생성합니다.

비동기식 발전기의 회 전자 구성은 다음과 같습니다.

• 단락;

• 단계;

• 구멍.

비동기 생성기는 다음을 가질 수 있습니다.

1. 독립적인 흥분;

2. 자기 흥분.

첫 번째 경우에는 외부 AC 전압 소스가 사용되고 두 번째 경우에는 반도체 컨버터 또는 커패시터가 1차, 2차 또는 두 유형의 회로 모두에 사용됩니다.

따라서 교류 발전기와 직류 발전기는 구성 원리에서 공통점이 많지만 특정 요소의 설계가 다릅니다.