ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«МАЛОВИШЕРСКИЙ ТЕХНИКУМ»

Учебный проект

на тему:

«Трёхфазный генератор переменного тока»

Ф.И.О: Васильев Павел. М
Группа 227
Работу проверила: Григорьева Алла Валерьевна

2023г

Оглавление

#1042;ведение 3

2. Основная часть 4

Что такое генератор переменного тока, и кто его изобрел? 4

Устройство, конструкция и виды генераторов переменного тока 5

Работа. Влияние фаз на работу генератора переменного тока 8

Заключение 12

Список литературы 12

Приложения 13

#1042;ведение

Актуальность:

В современном мире сложно представить нашу жизнь без электричества. Именно оно позволяет нам пользоваться всеми электрическими приборами, что облегчает нашу жизнь. Электрический ток, выработанный генератором переменного тока, стал неотъемлемой частью нашей жизни. И в этом проекте я хочу разобраться, как количество подключенных фаз влияет на работу нашего генератора переменного тока

Цель: выяснить, как количество подключенных фаз влияет на работу трёхфазного генератора переменного тока

Задачи:

1. Изучить, что такое генератор переменного тока и кто его изобрел
2. Разобрать устройство генератора переменного тока
3. Изучить работу генератора переменного тока и выявить, как количество фаз влияет на его работу
4. Сделать заключение

Объект исследования: генератор переменного тока

Предмет исследования: выяснить, как количество подключенных фаз влияет на работу трёхфазного генератора переменного тока

2. Основная часть

Что такое генератор переменного тока, и кто его изобрел?

Переменный ток — основа электрического питания потребителей. Именно этот ток доставляется потребителю по разветвленной системе воздушных и кабельных линий, в промежутках занижаемый трансформаторами.Переменный ток образуется за счет работы мощных генераторов на электростанциях.

Генератор переменного тока представляет собой специализированную электрическую установку, которая преобразует механическую энергию в электрическую. Последняя обладает переменной характеристикой. Само превращение основано на механическом вращении катушки из проволоки внутри магнитного поля.

В 1832-м году неизвестным изобретателем был создан первый однофазный синхронный многополюсный генератор переменного тока. Но в самых первых электронных устройствах применялся только постоянный ток, в то время как переменный ток долгое время не мог найти своего практического применения.двухфазный генератор переменного тока был построен британским электриком Джеймсом Гордоном в 1882 году. Лорд Кельвин и Себастьян Феррантин, также разработали ранний альтернатор, производивший переменный ток частотой между 100 и 300 герц. В 1891 году Никола Тесла запатентовал практический «высокочастотный» альтернатор (который действовал на частоте около 15000 герц). После 1891 года были изобретены многофазные альтернаторы.

Генератор трехфазного тока с трехпроводной нагрузкой разработал и продемонстрировал русский инженер Доливо-Добровольский, работавший главным инженером берлинской компании AEG.

Устройство, конструкция и виды генераторов переменного тока

Генератор представляет собой установку по выработке электрического тока путем преобразования механической энергии. Независимо от типа, конструкции и энергоресурса, заставляющего привод двигаться, все электрогенераторы работают в соответствии с законом электромагнитной индукции. В основном можно выделить генераторы по конструкции

1. генераторы с неподвижными магнитными полюсами и вращающимся якорем;
2. генераторы с вращающимися магнитными полюсами и неподвижным статором.

Конструкция генератора:

• Рама, к которой закреплен статор с электромагнитными полюсами. Изготовлена она из металла и должна выполнять защитную функцию всех элементов механизма.
• Статор, к которому крепится обмотка. Изготавливается он из ферромагнитной стали.
• Ротор – подвижный элемент, на сердечнике которого располагается обмотка, образующая электрический ток.
• Узел коммутации, который отводит электричество с ротора. Представляет собой систему подвижных токопроводящих колец.

В зависимости от назначения, генератор имеет определенные особенности конструкции, но существуют два компонента, которыми обладает любое устройство, конвертирующее механическую энергию в электричество: ротор и статор

Ротор изготавливается, обычно, из сплошного железа, полюсные наконечники магнитных полюсов ротора собираются из листового железа. При вращении между статором и полюсными наконечниками ротора присутствует минимальный зазор, для создания максимально возможной магнитной индукции. Геометрическая форма полюсных наконечников подбирается такой, чтобы вырабатываемый генератором ток был наиболее близок к синусоидальному.

На сердечники полюсов посажены катушки возбуждения, питаемые постоянным током. Постоянный ток подводится с помощью щёток к контактным кольцам, расположенным на валу генератора.

Возбуждение генератора– это процесс, который происходит на основе магнитодвижущей силы. Она выполняет процесс наведения магнитного поля, которое, в свою очередь, производит процесс образования электроэнергии.

Способы возбуждения генераторы переменного тока делятся на:

1. генераторы, обмотки возбуждения которых питаются постоянным током от постороннего источника электрической энергии, например от аккумуляторной батареи (генераторы с независимым возбуждением).
2. генераторы, обмотки возбуждения которых питаются от постороннего генератора постоянного тока малой мощности (возбудителя), сидящего на одном валу с обслуживаемым им генератором.
3. генераторы, обмотки возбуждения которых питаются выпрямленным током самих же генераторов (генераторы с самовозбуждением).
4. генераторы с возбуждением от постоянных магнитов.

Есть несколько типов классификации генераторов. Наиболее распространенный — по мощности. Они бывают маломощными и высокомощными. Для решения бытовых задач применяются компактная и маломощная электроустановки, которые обычно используется в качестве резервного источника питания.

По принципу работы разделяют асинхронный и синхронный генератор:

Асинхронные генератор — это электромеханизм являются одной из разновидностей механического или электромеханического устройства, преобразующего энергию двигателя автономной электростанции в электрическую энергию. Работа асинхронного генератора построена на принципе вращения ротора в одном направлении с магнитным полем, но с большей скоростью.

Синхронный генератор— это электромеханизм, который работает в режиме генерации электрической энергии. Его особенность в том, что частота вращения стартера, а точнее его магнитного поля, равна частоте вращения ротора.Такой генератор обладает физической зависимостью от вращательного движения ротора к генерируемой частоте электроэнергии. В таком устройстве ротор является электромагнитом, состоящим из сердечников, обмоток и полюсов. Статором являются катушки, которые соединены по принципу звезды, и имеющими общую точку – ноль. Именно в них вырабатывается электрический ток.

Ротор приводит в движение посторонняя сила подвижных элементов (турбин), которые двигаются синхронно. Возбуждение такого генератора переменного тока может быть, как контактным, так и бесконтактным.

Также генераторы переменного тока имеют свое количество подключенных фаз: однофазный, двухфазный (использовалась в ХХ веке), трехфазный

Схемы подключения:

1. Звезда - называется такое соединение, когда концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, называемую нейтральной точкой или нейтралью.
2. Треугольник — такое соединение, когда конец первой фазы соединяется с началом второй фазы, конец второй фазы с началом третьей, а конец третьей фазы соединяется с началом первой.

Работа. Влияние фаз на работу генератора переменного тока

Принцип работы генератора заключается в преобразовании механической энергии в электрическую путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Электрический ток вырабатывается и тогда, когда силовые линии движущегося магнита пересекают витки проволочной катушки. Электроны перемещаются по направлению к положительному полюсу магнита, а электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному. До тех пор, пока силовые линии магнитного поля пересекают катушку (проводник), в проводнике индуцируется электрический ток.

Аналогичный принцип работает и при перемещении проволочной рамки относительно магнита, тоесть, когда рамка пересекает силовые линии магнитного поля. Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивает, когда рамка удаляется. Каждый раз, когда рамка изменяет ориентацию относительно полюсов магнита, электрический ток также изменяет свое направление на противоположное. Все то время, пока источник механической энергии вращает проводник (или магнитное поле), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.

Угловая скорость(число оборотов) вращающегося магнитного поля линейно зависит от угловой скорости (числа оборотов) ротора генератора и асинхронными, в которых имеется скольжение, то есть, отставание магнитного поля статора от угловой скорости ротора. Ввиду некоторой громоздкости регулирования асинхронные генераторы получили небольшое распространение.

Если ротор генератора двухполюсный, то за один его полный оборот индуктированная электродвижущая сила совершит полный цикл своих изменений.

Следовательно, частота электродвижущей силы синхронного генератора будет: f=n/(герцы генератора)

Если генератор имеет число пар полюсов [p], то соответственно этому частота электродвижущей силы такого генератора будет

в [p] раз больше частоты электродвижущей силы двухполюсного генератора: f = p*(n/(герцы генератора))

Частота переменного тока в электрических сетях должна строго соблюдаться, в России и других странах она составляет 50 периодов в секунду (герц). В ряде стран, например в США, Канаде, Японии, в электрическую сеть подаётся переменный ток с частотой 60 герц. Переменный ток с частотой 400 герц применяется в бортовой сети самолётов.

В таблице показана зависимость частоты генерированного переменного тока от количества магнитных полюсов и числа оборотов генератора

Паровая турбина оптимально работает при 3000 оборотов в минуту, число полюсов генератора равняется двум. Для дизельного двигателя, применяемого на дизельных электростанциях, оптимальный режим работы 750 оборотов в минуту, тогда генератор должен иметь 8 полюсов. Массивные и тихоходные гидравлические турбины на крупных гидроэлектростанциях вращаются со скоростью 150 оборотов в минуту, тогда генератор должен иметь 40 полюсов.

Как количество фаз влияют на работу генератора переменного тока:

В генераторном режиме при подключении двигателя к трехфазной сети переменного тока в обмотке статора образуется вращающееся магнитное поле, под действием которого в короткозамкнутой обмотке ротора наводятся токи, образующие электромагнитный момент вращения, стремящийся провернуть ротор вокруг его оси. Ротор преодолевает момент нагрузки на валу и начинает вращаться, достигая подсинхронной скорости.

Трёхфазный генератор можно использовать в однофазной сети, но такая эксплуатация имеет ряд ограничений. В этом случае вращающий момент и мощность падают на 50% от номинальной мощности. Работа двигателя в таком режиме аналогично работе однофазного двигателя: в нём создаётся пульсирующее магнитное поле. Такое поле не может создать вращающий момент в остановленном двигателе, поэтому для запуска ему необходимо придать начальное вращение. В наиболее простом случае это может осуществляться вручную проворотом ротора. После проворота ротора, генератор работает самостоятельно.

Работа в случае пропадания одной фазы:

Самозапуск соединённого по схеме треугольник, при пропадании напряжения на одной фазе невозможен. Генератор, соединённый по схеме звезда, при пропадании напряжения на одной фазе или при обрыве обмоток может самозапускаться только при наличии подключения нейтральной точке к нулевому проводнику, однако такое подключение на практике не осуществляется.

В случае, если генератор уже вращается, он будет работать дальше, но вращающий момент и мощность в таком режиме значительно снижаются. Если нагрузка не позволит генератору запуститься и развить номинальные обороты, генератор будет потреблять повышенный ток и хуже охлаждаться (при использовании самовентиляции). При некорректной настройке или отсутствии теплового реле или электронной системы защиты генератора, он выйдет из строя (перегрев, повреждение изоляции, витковое замыкание).

Обрыв фазы — одна из самых частых причин преждевременного выхода трехфазных машин из строя.

Электрозащита:

Для защиты генератора от перегрузки, заклинивания и грубой защиты от пропадания фазы используются специализированные устройства: тепловые реле трёхфазные автоматические выключатели, предназначенные для двигателей. Данные устройства имеют механизм настройки время-токовой характеристики отключения, устанавливаются и настраиваются для каждого генератора индивидуально. Они отключают генератор при длительном превышении номинального тока по любой из фаз. В некоторых случаях для защиты генератора применяются электронные устройства защиты, измеряющие ток каждой фазы.

Заключение

На основе изученной информации о влиянии количества подключенных фаз на работу трёхфазного генератора, можно сделать вывод, что их обрыв пагубно повлияет на процесс. Но не будем забывать то, что это зависит от конструктивного строения обмотки нашего генератора. Так, при соединении «звезда» - при обрыве фазы наш генератор будет работать на пониженной мощности, а генератор, имеющий соединение «треугольник» - полностью выйдет из строя.

Список литературы

1. Виды генераторов // uelektrika URL: (дата обращения: ).
2. Генератор переменного тока // wikipedia URL: #1043;енератор_переменного_тока (дата обращения: ).
3. Генератор переменного тока // m-strana URL: (дата обращения: ).
4. Как устроен генератор переменного тока // odinelectric URL: (дата обращения: ).
5. Как создавали генераторы переменного тока // generatorg URL: (дата обращения: ).
6. Трёхфазная система электроснабжения // wikipedia URL: #1058;рёхфазная_система_электроснабжения (дата обращения: ).
7. Трёхфазный генератор переменного тока // wikipedia URL: #1058;рёхфазный_двигатель#Электрозащита (дата обращения: ).
8. Переменный ток // wikipedia URL: #1055;еременный_тока (дата обращения: ).

Приложения

Приложения 1

«Зависимость частоты генерированного переменного тока от количества магнитных полюсов и числа оборотов генератора»