Принцип работы синхронного генератора переменного тока

Основной принцип работы генератора переменного тока так же прост, как и таковой в генераторе постоянного тока. И в первом, и во втором случае, здесь действует закон Фарадея об электромагнитной индукции, согласно которому электрический ток индуцируется в проводнике магнитного поля вследствие относительного движения между этим проводником и магнитным полем. Для понимания принципа работы такого генератора следует представить некий прямоугольный виток, размещенный между двумя противоположными магнитными полюсами, как показано ниже.

Принцип работы генератора
Принцип работы генератора

Скажем, одновитковая петля ABCD может вращаться относительно оси a-b. Предположим, что эта петля начинает вращаться по часовой стрелке. После поворота на 90°, токопроводящая жила (токоотвод) AB петли находится в зоне S-полюса, а CD – N-полюса. В этом положении, тангенциальное движение проводника AB перпендикулярно линии магнитного потока от полюса N к S. Следовательно, скорость разъединения потока силовых линий проводника AB максимальна, и индуцированный ток сфокусирован в AB проводнике; а его направление можно теперь определить при помощи так называемого правила «правой руки» или «буравчика» Флемминга. Согласно данному правилу, электрический ток направлен от А к В. В то же самое время, проводник CD подпадает под воздействие полюса N; и в соответствии с вышеуказанным правилом, мы получим направление индуцированного тока от С до D.

Правило «буравчика» - Флемминга
Правило «буравчика» — Флемминга

Теперь, после вращения по часовой стрелке на 90°, виток ABCD приходит в вертикальное положение, как показано ниже. В этом положении, тангенциальное движение проводника AB и CD параллельно линии магнитного потока. Следовательно, будет иметь место разъединение потока силовых линий, то есть не будет тока в проводнике вообще. По ходу того, как виток ABCD переходит из горизонтального положения в вертикальное, угол между линиями потока (и направление движения проводника) уменьшается от 90° до 0°, и, таким образом, индуцированный ток в витке сводится к абсолютному нулю от его максимального значения.

Правило «правой руки» Флемминга
Правило «правой руки» Флемминга

После очередного вращения по часовой стрелке на 90°, виток снова оказывается в горизонтальном положении; поэтому проводник AB попадает под влияние N-полюса, а CD – S-полюса. Но если мы снова применим правило «правой руки» Флемминга, то мы увидим, что наведенный (индуцированный) ток в проводнике AB идет от точки В к A, в то время как наведенный ток в проводнике CD – от D до C. Так как в данной позиции виток меняет горизонтальное положение на вертикальное, ток в проводниках доходит до своего максимального значения. Это означает, что ток циркулирует достаточно близко в витке от точки В к А, от А до D, от D до С и от С до А.

В общем, мы можем наблюдать реверс предыдущего горизонтального положения, когда ток циркулирует A → B → C → D → A. При дальнейшем переходе витка в вертикальное положение, ток снова уменьшается до показателя 0. Таким образом, если виток продолжает вращаться, то ток в витке продолжает чередовать свое направление. Во время каждого полного оборота витка, электрический ток в нем постепенно достигает своего максимального значения, а затем сводится к нулю; и наоборот, в противоположном направлении дело снова доходит до показателя 0 и так далее.

Как видите, переменный ток совершает одну полную синусоиду (колебание/волну) во время каждого оборота на 360° в витке, вращаясь внутри магнитного поля. Вот мы и разложили по полочкам фактический принцип работы генератора переменного тока.

Теперь разъединяем петлю и соединяем два ее конца с тяговыми контактными кольцами генератора и постоянными втулками на каждом контактном кольце. Если соединить два терминала внешней нагрузки с этими двумя втулками кондуктора, то мы получим переменный ток в нагрузке. Это и есть элементарная модель генератора.

Поняв простейший принцип работы генератора, теперь можно рассмотреть основной принцип его эксплуатации. Как мы уже знаем, магнитное поле является стационарным, а проводники (якорь электрической машины/ротор) вращаются. Но в целом и на практике, в структуре генератора проводники секций якоря являются стационарными, а полевые магниты вращаются между ними. Ротор генератора или синхронный генератор механически соединен с валом/осью или лопатками турбины, которые при вращении на синхронной скорости и вследствие силы способны привести к разъединению проводников секций якоря магнитного поля, расположенных на статоре. Как прямое следствие этого, ЭДС и ток начинают поступать через эти проводники, которые сначала идут в одном направлении в первой половине цикла, а затем в другом направлении во второй половине цикла, с определенным временным лагом 120° для каждой обмотки, как показано на рисунке ниже.

3 фазы генерируемого напряжения
3 фазы генерируемого напряжения

Благодаря такому физическому явлению, существует возможность направлять поток энергии из генератора 3φ в распределительные электрические станции как для бытовых, так и для промышленных нужд.


Похожие материалы:


Отзывы и комментарии

Вы можете оставить отзывы и комментарии к записи: "Принцип работы синхронного генератора переменного тока"