Maszynę elektryczną można zdefiniować jako urządzenie, które przekształca energię elektryczną w energię mechaniczną lub energię mechaniczną w energię elektryczną. Na generator elektryczny można zdefiniować jako maszynę elektryczną, która przekształca energię mechaniczną w energię elektryczną. Generator elektryczny zazwyczaj składa się z dwóch części stojana i wirnika. Istnieją różne typy generatorów elektrycznych, takich jak generatory prądu stałego, generatory prądu przemiennego, generatory samochodowe, generatory elektryczne zasilane przez człowieka i tak dalej. W tym artykule omówimy zasadę działania generatora synchronicznego.
Generator synchroniczny
Obracające się i nieruchome części maszyny elektrycznej można nazwać odpowiednio wirnikiem i stojanem. Wirnik lub stojan maszyn elektrycznych działa jako element wytwarzający energię i nazywany jest zworą. Do tego służą elektromagnesy lub magnesy trwałe zamontowane na stojanie lub wirniku pole magnetyczne maszyny elektrycznej. Generator, w którym zamiast cewki do zapewnienia pola wzbudzenia zastosowano magnes stały, jest określany jako generator synchroniczny z magnesami trwałymi lub po prostu nazywany generatorem synchronicznym.
Budowa generatora synchronicznego
Generalnie generator synchroniczny składa się z dwóch części wirnika i stojana. Część wirnika składa się z biegunów pola, a część stojana z przewodów twornika. Rotacja biegunów pola w obecności przewodów twornika indukuje napięcie przemienne co skutkuje wytwarzaniem energii elektrycznej.
Budowa generatora synchronicznego
Prędkość biegunów pola jest prędkością synchroniczną i jest podawana przez
Gdzie „f” oznacza częstotliwość prądu przemiennego, a „P” oznacza liczbę biegunów.
Zasada działania generatora synchronicznego
Zasada działania generatora synchronicznego polega na indukcji elektromagnetycznej. Jeśli występuje względny ruch między strumieniem a przewodnikami, to w przewodnikach indukowany jest emf. Aby zrozumieć zasadę działania generatora synchronicznego, rozważmy dwa przeciwległe bieguny magnetyczne, pomiędzy nimi umieszczona jest prostokątna cewka lub zwój, jak pokazano na poniższym rysunku.
Prostokątny przewodnik umieszczony pomiędzy dwoma przeciwległymi biegunami magnetycznymi
Jeśli zwój prostokątny obraca się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara względem osi a-b, jak pokazano na poniższym rysunku, to po wykonaniu obrotu o 90 stopni boki przewodu AB i CD znajdują się odpowiednio przed biegunem S i biegunem N. Zatem teraz możemy powiedzieć, że ruch styczny przewodnika jest prostopadły do linii strumienia magnetycznego z północy na biegun południowy.
Kierunek obrotu przewodnika prostopadły do strumienia magnetycznego
Tak więc tutaj szybkość cięcia strumienia przez przewodnik jest maksymalna i indukuje prąd w przewodniku, kierunek indukowanego prądu można określić za pomocą Reguła prawej ręki Fleminga . W ten sposób możemy powiedzieć, że prąd przejdzie od A do B iz C do D. Jeśli przewodnik zostanie obrócony w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara o kolejne 90 stopni, dojdzie do pozycji pionowej, jak pokazano na poniższym rysunku.
Kierunek obrotu przewodnika równoległy do strumienia magnetycznego
Teraz, położenie przewodów i linii strumienia magnetycznego są równoległe do siebie, a zatem żaden strumień nie przecina się i nie będzie indukowany żaden prąd w przewodniku. Następnie, gdy przewodnik obraca się od ruchu wskazówek zegara o kolejne 90 stopni, prostokątny obrót dochodzi do pozycji poziomej, jak pokazano na poniższym rysunku. Tak, że przewody AB i CD znajdują się odpowiednio pod biegunem N i biegunem S. Stosując regułę prawej ręki Fleminga, prąd indukuje w przewodniku AB z punktu B do A, a prąd w przewodniku CD z punktu D do C.
Zatem kierunek prądu można wskazać jako A - D - C - B, a kierunek prądu dla poprzedniej poziomej pozycji zakrętu prostokąta to A - B - C - D.Jeśli zwój zostanie ponownie obrócony w kierunku pozycji pionowej, wówczas indukowany prąd ponownie spada do zera. Tak więc na jeden pełny obrót prostokąta prąd w przewodniku osiąga maksimum i spada do zera, a następnie w przeciwnym kierunku osiąga maksimum i ponownie osiąga zero. W związku z tym jeden pełny obrót prostokątnego obrotu wytwarza jedną pełną falę sinusoidalną o wartości prąd indukowany w przewodniku co można określić jako wytwarzanie prądu przemiennego przez obracanie zwoju w polu magnetycznym.
Jeśli weźmiemy pod uwagę praktyczny generator synchroniczny, to magnesy polowe obracają się między nieruchomymi przewodami twornika. Synchroniczny wirnik generatora i wał lub łopatki turbiny są ze sobą sprzężone mechanicznie i obracają się z synchroniczną prędkością. Więc strumień magnetyczny cięcie wytwarza indukowane emf, które powoduje przepływ prądu w przewodach twornika. Zatem dla każdego uzwojenia prąd płynie w jednym kierunku przez pierwszą połowę cyklu, a prąd płynie w drugim kierunku przez drugą połowę cyklu z opóźnieniem wynoszącym 120 stopni (przesunięte o 120 stopni). Stąd moc wyjściową generatora synchronicznego można przedstawić na poniższym rysunku.
Chcesz dowiedzieć się więcej o generatorach synchronicznych i jesteś zainteresowany projektowaniem projekty elektroniczne ? Zachęcamy do dzielenia się swoimi poglądami, pomysłami, sugestiami, zapytaniami i komentarzami w sekcji komentarzy poniżej.
