Az elektromos gépek, legyenek azok motorok vagy generátorok, működésének alapja a mágneses mező, amely kölcsönhatásba lép az elektromos árammal. A gerjesztő tekercs kulcsfontosságú szerepet játszik ebben a folyamatban, mivel ez hozza létre az erős, szükséges mágneses mezőt. Ahogy Kimberly A. 2002-ben megjegyezte, a generátorok feladata a fogyasztók árammal való ellátása és az akkumulátorok töltése, működésük pedig a mozgási indukció elvén alapszik. Ehhez elengedhetetlen a stabil és szabályozott mágneses mező.
Az egyenáramú motorok gerjesztési módszerei
Az egyenáramú motorok gerjesztési módszere arra utal, hogy a forgó elektromos gépben milyen módon jön létre a mágneses mező. Az egyenáramú motor gerjesztési módszere négy típusra oszlik, mindegyik eltérő jellemzőkkel és alkalmazási területekkel rendelkezik.
Külön gerjesztésű DC motor
A külön gerjesztésű egyenáramú motor esetében a gerjesztő tekercs és az armatúra tekercs között nincs elektromos kapcsolat. Ezt a motort egy más egyenáramú áramforrásról táplált egyenáramú motor külön gerjesztésű egyenáramú motornak nevezzük. Az állandó mágneses egyenáramú motort is külön gerjesztésű, illetve öngerjesztő egyenáramú motornak tekintik, amelyet általában gerjesztésnek neveznek. Ez a módszer az állandó mágnesekre támaszkodik a mágneses mező létrehozásában.
A főpólusok tekercseit, azaz a gerjesztő tekercseket külső egyenáramú energiaforrásról gerjesztjük. Külső gerjesztés esetén a gerjesztő tekercsek kapcsainak jelölése: F1 és F2. A gerjesztő tekercsek száma mindig a gép pólusainak számával egyezik meg. Ezeket sorba, párhuzamosan vagy vegyesen kapcsolják, de a kapcsolási rajzokon úgy tüntetjük fel, mintha csak egy gerjesztő tekercs volna. A gerjesztő áram változtatható. A gerjesztőt úgy kell bekötni, hogy mielőtt a csuszka az ellenállás végéről lecsúszna és megszakítaná a gerjesztő áramot, már érjen hozzá a „q” kapocshoz és zárja rövidre a gerjesztő tekercset. Üresjáratban a generátor armatúráját nem terheljük, vagyis az armatúraáram zérus. A gép üresjárási jelleggörbéje megmutatja, hogy üresjáratban, állandó fordulatszámon, hogyan változik a gép indukált feszültsége a gerjesztő áram függvényében. A gép vas alkatrészeiben visszamaradó úgynevezett remanens fluxus miatt akkor is indukálódik feszültség, ha nem folyik gerjesztő áram. A gerjesztő áram növelésével, kis gerjesztő áramnál az indukált feszültség közel arányosan növekszik. A görbe kompenzált, a „b” kompenzálatlan gépre vonatkozik. Azt mutatja, hogy állandó fordulatszám és gerjesztő áram esetén az armatúra áram növekedésével a gép kapocsfeszültsége csökken. A gép rövidrezárási árama a névleges áram 20-30-szorosa. A szabályozási jelleggörbe azt mutatja meg, hogyan kell növekvő armatúra áram mellett növelni a gerjesztő áramot, hogy állandó fordulatszám esetén a gép kapocsfeszültsége állandó maradjon. A külső gerjesztésű generátornak azt a tulajdonságát, hogy állandó gerjesztőáram mellett a feszültsége a fordulatszámmal arányosan változik, alkalmassá teszi fordulatszám mérésére (tachométer dinamó). Kompenzáló tekercs nélküli kisteljesítményű egyenáramú gépnél és nagyobb teljesítményű motoroknál alkalmazott kompenzáló tekercseléssel ellátott egyenáramú gépnél is találkozunk vele. Ez olyan generátor, melynek gerjesztőtekercse külső energiaforrásról gerjesztődik. A feszültség-fordulatszám jelleggörbe mutatja meg, hogy a kapocsfeszültség arányos a fordulatszámmal, ezért a jelleggörbe ferde egyenes. Csak kis méretű és kis teljesítményű generátorokban használjuk. A kapocsfeszültsége a fordulatszámon kívül a gerjesztés erősségétől is függ. A gerjesztőáram-kapocsfeszültség jelleggörbe fejezi ki ezt a függést.
Sönt DC motor
A sönt egyenáramú motor gerjesztő tekercsét az armatúra tekercselésével párhuzamosan kötik. Söntgenerátorként magából a motorból származó kapocsfeszültség táplálja a gerjesztő tekercset. Söntmotorként a gerjesztő tekercs és az armatúra ugyanazon a tápegységen osztozik, teljesítmény szempontjából megegyezik a külön gerjesztésű egyenáramú motoréval. A motor fordulatszáma fordítottan arányos a gerjesztőárammal. Ezeket a szabályozott hajtásokban használjuk. A gerjesztő tekercs menetszáma és ellenállása nagy, árama kicsi. A tekercsek nagy üzemi beilleszthetősége céljából tervezik, amiért a generátor jó hatásfokú lehet. Ezek a generátorok a remanens fluxus, azaz a gép vas alkatrészeiben visszamaradó mágnesesség hatására indulnak be. Az indukált feszültség gerjesztő áram nélkül jön létre, és ahogy az armatúra elkezd forogni, a kapocsfeszültség nő, ezáltal növelve a gerjesztő áramot. Ezt a folyamatot öngerjesztésnek nevezik. Ha az állórészben lévő gerjesztő tekercs által létrehozott mágneses mező és az armatúra mozgása által indukált feszültség ellentétes irányú, a gép nem gerjed. Ennek valószínűsége 50%.
Soros gerjesztésű DC motor
A soros gerjesztésű egyenáramú motor gerjesztő tekercsét sorba kell kötni az armatúra tekercseléssel, majd csatlakoztatni kell az egyenáramú tápegységhez. Az ilyen egyenáramú motor gerjesztési árama az armatúra árama. A motor árama rendkívül nagy lehet, és a fordulatszám elvileg a végtelenhez tart, ami súlyos balesetet okozhat, mivel a forgórész szétrepülhet. A soros gerjesztésű tekercs az armatúrával sorba is köthető. Ha nincs terhelés, nincs gerjesztése (csak a remanencia hat), és a kapocsfeszültség is a terhelő árammal arányosan növekszik. Ezért gyakran más gerjesztési módokkal együtt alkalmazzák.
Összetett gerjesztésű DC motor
Az összetett gerjesztésű egyenáramú motornak két gerjesztőtekercse van: sönt-gerjesztésű és soros gerjesztésű. Ha a soros gerjesztő tekercs által keltett magnetomotoros erő azonos irányú a söntgerjesztő tekercs által keltett magnetomotoros erővel, akkor azt szorzatos gerjesztésnek nevezzük. Ha a két magnetomotoros erő ellentétes irányú, azt differenciális összetett gerjesztésnek nevezzük. Ezeket a vegyes gerjesztésű generátorokat a terhelési viszonyokhoz való jobb alkalmazkodás érdekében fejlesztették ki.
Nehéz feladatok várnak Kapitány Istvánra az energetika területén | GENERÁTOR
Generátorok gerjesztési rendszerei
A generátor gerjesztési rendszere az egyik legfontosabb rendszer a generátorban és az egész energiarendszerben, és gyakran a generátor szívének nevezik. A mágneses mező forrása erős mágneses mező szükséges. Ezt a mágneses mezőt egy gerjesztési tekercs (azaz a forgórész tekercse) generálja, amely egyenáramot hordoz.
DC generátor tápegység excitációs módja
Ez a gerjesztési mód generátor egy külön DC generátorral rendelkezik, amelyet DC exciternek hívnak. Az exciter általában koaxiális a generátorral, és a generátor gerjesztésével együtt működik. Ez a gerjesztési mód előnye a független gerjesztési áramnak, a megbízható működésnek és az önfogyasztás csökkentésének. Az elmúlt néhány évtizedben a generátorok fő gerjesztési módja volt, és érettebb működési élményt nyújt. Hátránya, hogy a gerjesztés beállítási sebessége lassú, és a karbantartási munkaterhelés nagy, ezért ritkán használják a 10 MW fölötti egységekben.
Váltóáramú tápegység gerjesztési módja
A váltóáramú tápegység gerjesztési módja azt jelenti, hogy a nagy kapacitású generátor AC-gerjesztőt használ a gerjesztési áram biztosítására. Az AC exciter a generátor tengelyére is fel van szerelve. A váltakozó áramú kimenetet javítani és a gerjesztéshez a generátor forgórészére szállítani. Ekkor a generátor gerjesztési módja a gerjesztési módba tartozik, és a statikus helyreállító eszköz miatt a statikus gerjesztés gerjesztésére is felhívják a figyelmet, az AC másodlagos gerjesztő biztosítja a gerjesztési áramot. Az AC másodlagos gerjesztő lehet egy állandó mágnesgép vagy egy öngenerált állandó feszültségű készülék. A gerjesztés szabályozási sebességének javítása érdekében az AC-gerjesztő általában 100-200 Hz közötti közbenső frekvencia-generátort használ, míg a váltóáramú tápellátó gerjesztő 400-500 Hz közötti közbenső frekvencia-generátort használ. A DC-gerjesztő-tekercs és a generátor háromfázisú AC-tekercselése az állórész nyílásába kerül. A rotornak csak fogai és nyílásai vannak, és nincs tekercselés, mint egy fogaskerék. Ezért nincs forgó alkatrésze, például kefék és csúszógyűrűk, és megbízható működést biztosít. A használati modell előnye az egyszerű szerkezet, a kényelmes gyártási folyamat és hasonlók. Hátránya, hogy a zaj nagy, és az AC potenciál harmonikus komponense is nagy.
A nem excitáló gép excitációs módja
Ebben a gerjesztési üzemmódban nincs speciális gerjesztő, és a gerjesztőerő maga a generátorból származik, majd a gerjesztéshez a gerjesztőhöz, majd önmagában a gerjesztőhöz önműködő gerjesztésnek nevezzük. Az önkiugratott statikus gerjesztés öngenerálásra és önre-gerjesztésre osztható.
Öngenerációs mód: Megkapja a gerjesztőáramot a generátor kimenetéhez csatlakoztatott egyenirányító transzformátoron keresztül, és a javítás után a gerjesztő generátorhoz juttatja. Ez a gerjesztési eljárás előnye az egyszerű csomópont, kevesebb berendezés, kevesebb beruházás és kevesebb karbantartás.
Önre-gerjesztési üzemmód: A helyesbítés és az átalakítás mellett egy nagy teljesítményű áramátalakítóval is rendelkezik, amely sorozatban kapcsolódik a generátor stacioner áramköréhez. Ennek a transzformátornak a feladata, hogy rövidzárlat esetén nagy generátorral gerjesztő áramot biztosítson az egyenirányító transzformátor kimenetének kiegyenlítésére. Ez a gerjesztési mód kétfajta gerjesztőáramforrással, egy egyenirányító transzformátor által létrehozott feszültségforrással és egy soros transzformátor által nyert áramforrással rendelkezik.
A modern gerjesztési rendszer komponensei
A modern gerjesztési rendszer elsősorban a statikus self-gerjesztésű rendszert alkalmazza. Ez a rendszer sokkal több, mint pusztán az egyenáram biztosítása; a generátor stabil és hatékony működését szolgálja.
A mágneses mező forrása
Erős mágneses mező szükséges, amit egy gerjesztési tekercs (azaz a forgórész tekercse) generál, amely egyenáramot hordoz. Ez a legalapvetőbb funkció, amely a generátor működésének alapját képezi. A gerjesztő tekercs méretezhető és tervezhető matematikai képlettel számolható, és ennek a gerjesztésnek az elektromos energia egy kis részével történő előállítása az alapja a "túlegység" jelenségnek. A Continuous Electrical Generator nagyon egyszerű készülék, és az is lesz. Fontos, hogy szinkron reaktanciával és ellenállással rendelkezzen. A nagy része a töltések mozgatására fordítódik, s nem az ellenállások leküzdésére.
Tirisztor egyenirányító híd
A tirisztor egyenirányító híd feladata a váltakozó áram szabályozható egyenárammá alakítása. Ez a komponens lehetővé teszi a gerjesztési áram finom szabályozását, ami elengedhetetlen a stabil kimeneti feszültség fenntartásához.
Automatikus feszültségszabályozó (AVR)
Az automatikus feszültségszabályozó (AVR) a rendszer agya. Folyamatosan figyeli a generátor terminális feszültségét, és összehasonlítja azt egy meghatározott értékkel. Miután az eltérést észlelték (például a feszültség csökkenése a terhelés növekedése miatt), azonnal utasítást ad a tirisztorok kiváltó szögének megváltoztatására, növeli a gerjesztési áramot, és visszahozza a feszültséget a beállított értékhez.
Mágnesezés eliminációja
Belső hibák vagy a generátor leállítása esetén a rotor mágneses mező gyors és biztonságos kiküszöbölése szükséges. Ez a funkció megakadályozza a károsodást és biztosítja a rendszer biztonságos leállítását.
Generátorok működési elvei és típusai
A generátorok működése a mozgási indukció elvén alapszik. Feszültség indukálódik a tekercsben, ha arra mágneses mező hat (erővonalai metszik a vezetőt), váltakozó áram keletkezik. Az állórészben a három tekercsrendszer térbeli elrendezése következtében három, egymáshoz képest 120 fokkal eltolt fázisú váltakozó feszültség és áram keletkezik a két pólusú (északi és déli) mágneses tér forgásakor.
Működés elve szerint
- Mozgási indukció:
- Mágnes áll, tekercs forog (dinamó)
- Tekercs áll, mágnes forog (generátor)
Pólus kialakítás szerint
- Körmös pólusú generátor: Ennek a generátornak az állórész külső átmérője G: 100-109 mm, K: 120-129 mm, N: 130-139 mm, T: 170-199 mm, U: 200 mm-feletti lehet. Az állórész magja lemezekből tervezett.
- Kiálló pólusú generátor
- Vezetőelemes-forgórészű generátor
Fázistekercsek kapcsolása szerint
- Csillag kapcsolás (60A-ig)
- Delta kapcsolás (60A-felett)
Gerjesztési mód szerint
- Pozitívgerjesztésű, külső szabályzású
- Negatívgerjesztésű, külső szabályzású
- Öngerjesztésű negatívszaályzású beépített szabályzóval
- Öngerjesztésű pozitívszaályzású külső szabályzóval
- Öngerjesztésű negatívszaályzású külső szabályzóval
- Öngerjesztésű pozitív-negatív szabályzású anódházas gerjesztő diódákkal, külső szabályzóval
Feszültség egyenirányítása szerint
- Mechanikus egyenirányítású / kommutátoros/ - dinamó
- Félvezetővel (diódával) egyenirányított - generátor
Nehéz feladatok várnak Kapitány Istvánra az energetika területén | GENERÁTOR
A generátorok hatásfoka és a "túlegység" koncepció
A generátorok hatásfoka annál nagyobb, minél kisebbek a veszteségek. A jó hatásfokú generátoroknál az örvényáramú veszteség is minimális. A modern tervezésű generátorokban a vasmag is a telítés közelében lehet, ami hozzájárul a hatékonyabb mágneses mező kihasználásához. A "túlegység" koncepció, ahogy Kimberly A. 2002-ben leírta, az a gondolat, hogy egy generátor képes termelni több energiát, mint amennyi a működtetéséhez szükséges. Ez a koncepció megkérdőjelezi az energia megmaradás törvényét, de a leírtak szerint a generátor gerjesztheti a saját elektromágneses mezejét az elektromos energia egy kis részével. A forgó mágneses mező a magban képződik, az indukált feszültségek pedig a kimeneti kapcsokon jelennek meg. A találmány a generátor kereszt-hivatkozásai szerint az elektromos energiatermelő rendszerekhez sorolható. A hivatkozott tárgy leírása szerint a fejlesztés során a forgatással, mely mező áthalad a motor sugárirányú tekercsein, hasznosítható energiát állítanak elő. Az energiát a gerjesztő tekercsek biztosítják, annyit amennyit igényel működéséhez. Az állórész vezetékeiben keletkező feszültségek szükségtelenné teszik mechanikai erők alkalmazását. A készülék egy fázistoló egységgel rendelkezik, a szolgáltatott teljesítmény fázisának helyreállításához. A 120 fokos szimmetrikus feszültségeket és áramokat szolgáltatja. A rendszer által szolgáltatott összes teljesítmény kinyerésére van tervezve. A generátor a hagyományos háromfázisú hálózatról indulhat (pl. 220V 60Hz), toroid transzformátorral, elektromos szabályzóval vagy inverterrel.