Diagrama del principio de funcionamiento del generador síncrono
La energía eléctrica es una de las fuentes de energía más importantes de la sociedad moderna. Un generador es un dispositivo mecánico que convierte otras formas de energía en energía eléctrica. Se produjo por primera vez durante la segunda revolución industrial y fue fabricado por el ingeniero alemán Siemens en 1866. Es impulsado por una turbina hidráulica, una turbina de vapor, un motor diésel u otro. Maquinaria eléctrica para mover agua, la energía generada por el flujo de aire, la combustión de combustible o la fisión nuclear se convierte en energía mecánica y se transmite al generador, que luego el generador la convierte en energía eléctrica. Los generadores se utilizan ampliamente en la producción industrial y agrícola, la defensa nacional, la ciencia y la tecnología y la vida diaria. ?
Los generadores vienen en muchas formas, pero todos sus principios de funcionamiento se basan en la ley de la inducción electromagnética y la ley de la fuerza electromagnética. Por lo tanto, el principio general de su construcción es: utilizar materiales magnéticos y eléctricamente conductores apropiados para formar circuitos magnéticos y circuitos que realicen inducción electromagnética entre sí para generar energía electromagnética y lograr el propósito de conversión de energía. ?
La clasificación de los generadores se puede resumir de la siguiente manera: ?
¿Generadores?{?Generadores CC, generadores CA?{?Generadores síncronos, generadores asíncronos (rara vez se utilizan)?
Los alternadores también se pueden dividir en generadores monofásicos y generadores trifásicos. ?
Generador de CC? Diagrama esquemático
2. Estructura y principio de funcionamiento
Los generadores generalmente constan de estatores, rotores, cubiertas finales, bases y cojinetes compuestos por otros. regiones. ?
El estator consta de una base de máquina, un núcleo de estator, un devanado de alambre y otras partes estructurales que fijan estas partes. ?
El rotor está compuesto por el núcleo del rotor (con yugo magnético y devanado de polo), anillo deslizante (también llamado anillo de cobre y anillo colector), ventilador y eje giratorio. ?
El estator y el rotor del generador están conectados y ensamblados mediante los cojinetes y las tapas de los extremos, de modo que el rotor pueda girar en el estator y realizar el movimiento de cortar las líneas de fuerza magnéticas, generando así una Potencial eléctrico inducido, que sale a través de los terminales y se conecta al circuito, se genera corriente.
Dado que los generadores síncronos generalmente utilizan excitación de CC, cuando el generador funciona de forma independiente, el voltaje del generador se puede ajustar fácilmente ajustando la corriente de excitación. Si está conectado a la red eléctrica para su funcionamiento, dado que el voltaje lo determina la red eléctrica y no se puede cambiar, el resultado de ajustar la corriente de excitación en este momento es ajustar el factor de potencia y la potencia reactiva del motor. ?
Las estructuras del estator y del rotor de los generadores síncronos son las mismas que las de los motores síncronos. Generalmente adoptan una forma trifásica, solo que en algunos generadores síncronos pequeños, el devanado del inducido adopta una sola fase. ?
Características operativas? Las principales características del rendimiento del generador síncrono son las características sin carga y las características operativas con carga. Estas características son una base importante para que los usuarios elijan generadores. ?
¿Características sin carga? Cuando el generador no está conectado a una carga, la corriente del inducido es cero, lo que se denomina funcionamiento sin carga. En este momento, el devanado trifásico del estator del motor solo tiene la fuerza electromotriz sin carga E0 (simetría trifásica) inducida por la corriente de excitación If, y su tamaño aumenta con el aumento de If. Sin embargo, debido al fenómeno de saturación en el núcleo del circuito magnético del motor, ambos no son proporcionales. La curva que refleja la relación entre la fuerza electromotriz sin carga E0 y la corriente de excitación If se denomina característica sin carga del generador síncrono. ?
¿Reacción de la armadura? Cuando el generador está conectado a una carga simétrica, la corriente trifásica en el devanado de la armadura producirá otro campo magnético giratorio, que se llama campo magnético de reacción de la armadura. Su velocidad es exactamente igual a la velocidad del rotor y los dos giran sincrónicamente. ?
Tanto el campo magnético de reacción del inducido como el campo magnético de excitación del rotor del generador síncrono se pueden considerar aproximadamente distribuidos según la ley sinusoidal. La diferencia de fase espacial entre ellos depende de la diferencia de fase temporal entre la fuerza electromotriz sin carga E0 y la corriente de armadura I. El campo magnético de reacción de la armadura también está relacionado con la condición de carga. Cuando la carga del generador es inductiva, el campo magnético de reacción del inducido actúa como un desmagnetizador, lo que hará que el voltaje del generador disminuya; cuando la carga es capacitiva, el campo magnético de reacción del inducido actúa como un magnetizador, lo que reducirá el voltaje; El voltaje de salida del generador aumenta. ?
La tasa de cambio de voltaje del generador síncrono es aproximadamente del 20 al 40%. Generalmente, las cargas industriales y domésticas requieren que el voltaje permanezca básicamente sin cambios. Por esta razón, a medida que aumenta la corriente de carga, la corriente de excitación debe ajustarse en consecuencia.
¿Estructura y clasificación? La estructura de los generadores síncronos se divide en alta velocidad y baja (media) según su velocidad.
El primero se utiliza principalmente en centrales térmicas y nucleares; el segundo está vinculado principalmente a turbinas hidráulicas de baja velocidad o motores diésel. Estructuralmente, los generadores síncronos de alta velocidad utilizan principalmente rotores de polos ocultos, y los generadores síncronos de velocidad baja (media) utilizan principalmente rotores de polos salientes. ?
Rotor de polo invisible: La apariencia es cilíndrica. La superficie del cilindro está ranurada para colocar el devanado de excitación de CC y está sujeta con cuñas de ranura metálica para que el motor tenga un entrehierro uniforme. Debido a la enorme fuerza centrífuga durante la rotación a alta velocidad, se requiere que el rotor tenga una alta resistencia mecánica. El rotor de polo oculto generalmente está forjado a partir de un solo bloque de acero de aleación de alta resistencia y la forma de la ranura generalmente es abierta para facilitar la instalación del devanado de excitación. Aproximadamente 1/3 del paso de cada polo no está ranurado y forma dientes grandes; el resto de los dientes son más estrechos y se llaman dientes pequeños; El centro del diente grande es el centro del polo magnético del rotor. A veces, los dientes grandes también abren algunas ranuras de ventilación más pequeñas, pero los devanados no están incrustados, a veces se fresan pequeñas ranuras estrechas y poco profundas en la parte inferior de las ranuras de alambre como ranuras de ventilación. El rotor de polo oculto también está equipado con anillos de retención metálicos y anillos centrales en ambos extremos axiales del cuerpo del rotor. El anillo de retención es un cilindro de paredes gruesas hecho de una aleación de alta resistencia para proteger el extremo del devanado de campo de ser expulsado por una enorme fuerza centrífuga. El anillo central se utiliza para evitar el movimiento axial del extremo del devanado y soportar la retención; anillo. Además, para pasar la corriente de excitación al devanado de excitación, también se instalan un anillo colector y una escobilla en el eje del motor. ?
Accionamiento por motor diésel con generador síncrono de baja velocidad. El número de polos magnéticos del motor es de 4 polos. La velocidad de rotación correspondiente es 1500 y menos. Debido a la baja velocidad, generalmente se utilizan rotores de polos salientes con menores requisitos en cuanto a materiales y procesos de fabricación. ?
Cada polo magnético de un rotor de polos salientes suele estar hecho de placas de acero de 1 a 2 mm de espesor y ensambladas en su conjunto con remaches. Los polos magnéticos están cubiertos con devanados de excitación. El devanado de campo suele estar hecho de alambre de cobre plano. A menudo se instalan devanados amortiguadores en las piezas polares de los polos magnéticos. Es un cortocircuito formado por una barra de cobre desnuda en la ranura de amortiguación de la zapata polar y anillos de cobre soldados en ambos extremos. Los polos magnéticos están fijados en el yugo del rotor, que está fabricado de acero fundido. Los rotores de polos salientes se pueden dividir en tipos horizontales y verticales. La mayoría de motores síncronos, condensadores síncronos y generadores accionados por motores de combustión interna o turbinas de impacto adoptan estructuras horizontales;?
Los generadores síncronos se fabrican basándose en el principio de inducción electromagnética. Los componentes principales se muestran en la Figura 1. Los alternadores modernos suelen estar compuestos por dos partes de bobinas; para aumentar la intensidad del campo magnético, parte de la bobina se enrolla en una ranura en la pared interior de un cilindro hecho de láminas de metal con buena conductividad magnética. fijo en la base y se llama estator. La bobina del estator puede generar fuerza electromotriz inducida y corriente inducida, por lo que también se le llama armadura. La otra parte de la bobina del generador está enrollada en la ranura de un cilindro hecho de láminas de metal con una fuerte permeabilidad magnética en el cilindro del estator, que se llama rotor. Un eje pasa por el centro del rotor y está sujeto entre sí. Los dos extremos del eje y la base de la máquina forman soportes de cojinete. Hay un espacio pequeño y uniforme entre el rotor y la pared interior del estator y puede girar con flexibilidad. Esto se denomina generador síncrono sin escobillas con una estructura de campo magnético giratorio.
Durante el funcionamiento, la bobina del rotor recibe electricidad de CC para formar un campo magnético constante de CC impulsado por el motor diésel, el rotor gira rápidamente y el campo magnético constante también gira en consecuencia. el estator es cortado por las líneas del campo magnético para generar una fuerza electromotriz inducida, y el generador simplemente envía la llamada. ?
1—Cubierta frontal; 2—Tapa de salida de aire; 3—Cojinete; 8—Cubierta superior de la caja de terminales; 9—paneles delantero y trasero de la caja de terminales; 10—tablero de terminales; 11—panel lateral de la caja de terminales; 13—escalerilla colgante; 15—cubierta de entrada de aire; 17—estator de excitación; 18—pernos de fijación del estator de excitación; 23—rotor; 25—carcasa de máquina de imán permanente; eje de la máquina de imanes permanentes; 28: estator de la máquina de imanes permanentes; 32: placa de cubierta de la máquina de imanes permanentes; >
¿Figura 1? ¿Vista transversal de un generador de doble cojinete?
Cuando el rotor y su campo magnético constante son impulsados por el motor diesel para girar rápidamente, se forma una rotación en el pequeño. y espacio uniforme entre el rotor y el estator. El campo magnético se llama campo magnético del rotor o campo magnético principal.
Durante el funcionamiento normal, la bobina del estator o armadura del generador está conectada a una carga. La fuerza electromotriz inducida generada después de que las líneas del campo magnético cortan la bobina del estator forma una corriente inducida a través de la carga. También genera un campo magnético en el hueco, que se llama campo magnético del estator o campo magnético de la armadura. De esta manera, el campo magnético del rotor y el campo magnético del estator aparecen en el espacio pequeño y uniforme entre el rotor y el estator. Los dos campos magnéticos interactúan para formar un campo magnético sintético. El generador genera electricidad cortando la bobina del estator con las líneas magnéticas del campo magnético sintético. Dado que el campo magnético del estator es causado por el campo magnético del rotor, y siempre mantienen una relación sincrónica uno tras otro y a la misma velocidad, este generador se llama generador síncrono.