एसी आणि डीसी जनरेटर कसे काम करतात?

इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकीमधील "जनरेशन" हा शब्द लॅटिन भाषेतून आला आहे. याचा अर्थ "जन्म" असा होतो. ऊर्जेबद्दल, आपण असे म्हणू शकतो की जनरेटर ही तांत्रिक उपकरणे आहेत जी वीज निर्माण करतात.

या प्रकरणात, हे लक्षात घेतले पाहिजे की विविध प्रकारच्या उर्जेचे रूपांतर करून विद्युत प्रवाह तयार केला जाऊ शकतो, उदाहरणार्थ:

• रासायनिक

• प्रकाश

• थर्मल आणि इतर.

ऐतिहासिकदृष्ट्या, जनरेटर ही अशी रचना आहेत जी रोटेशनच्या गतीज उर्जेचे विजेमध्ये रूपांतरित करतात.

वीज निर्मितीच्या प्रकारानुसार, जनरेटर आहेत:

1. थेट प्रवाह;

2. चल.

सर्वात सोप्या जनरेटरच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत

यांत्रिक उर्जेचे रूपांतर करून वीज निर्मितीसाठी आधुनिक विद्युत प्रतिष्ठान तयार करणे शक्य करणारे भौतिक नियम ऑर्स्टेड आणि फॅराडे या शास्त्रज्ञांनी शोधून काढले.

कोणतेही जनरेटर डिझाइन लागू होते इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक प्रेरण तत्त्वजेव्हा बंद चौकटीत विद्युत प्रवाहाचा प्रेरण होतो, तेव्हा तो निर्माण झालेल्या फिरत्या चुंबकीय क्षेत्राला छेदतो. कायम चुंबक वाढीव शक्तीसह औद्योगिक उत्पादनांवर घरगुती वापरासाठी किंवा उत्तेजना कॉइलसाठी सरलीकृत मॉडेलमध्ये.

जेव्हा तुम्ही बेझल फिरवता, तेव्हा चुंबकीय प्रवाहाची तीव्रता बदलते.

लूपमध्ये प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स बंद लूप S मधील लूपमध्ये प्रवेश करणाऱ्या चुंबकीय प्रवाहाच्या बदलाच्या दरावर अवलंबून असते आणि त्याच्या मूल्याशी थेट प्रमाणात असते. रोटर जितक्या वेगाने फिरेल तितका जास्त व्होल्टेज निर्माण होईल.

बंद लूप तयार करण्यासाठी आणि त्यातून विद्युत प्रवाह वळवण्यासाठी, एक कलेक्टर आणि ब्रश तयार करणे आवश्यक होते जे फिरणारी फ्रेम आणि सर्किटच्या स्थिर भागामध्ये सतत संपर्क प्रदान करते.

कलेक्टर प्लेट्सच्या विरूद्ध दाबलेल्या स्प्रिंग-लोड ब्रशेसच्या बांधकामामुळे, विद्युत प्रवाह आउटपुट टर्मिनल्सवर प्रसारित केला जातो आणि त्यांच्याकडून ग्राहकांच्या नेटवर्कमध्ये जातो.

सर्वात सोप्या डीसी जनरेटरच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत

फ्रेम अक्षाभोवती फिरत असताना, तिचा डावा आणि उजवा भाग चुंबकाच्या दक्षिण किंवा उत्तर ध्रुवाभोवती फिरतो. प्रत्येक वेळी त्यांच्यामध्ये उलट दिशेने प्रवाहांच्या दिशेने बदल होतो, ज्यामुळे प्रत्येक ध्रुवावर ते एकाच दिशेने वाहत असतात.

आउटपुट सर्किटमध्ये थेट प्रवाह तयार करण्यासाठी, कॉइलच्या प्रत्येक अर्ध्या भागासाठी कलेक्टर नोडवर अर्ध-रिंग तयार केली जाते. अंगठीला लागून असलेले ब्रश केवळ त्यांच्या चिन्हाची संभाव्यता काढून टाकतात: सकारात्मक किंवा नकारात्मक.

फिरणाऱ्या फ्रेमची अर्ध-रिंग खुली असल्याने, जेव्हा विद्युत प्रवाह त्याच्या कमाल मूल्यापर्यंत पोहोचतो किंवा अनुपस्थित असतो तेव्हा त्यामध्ये क्षण तयार होतात. केवळ दिशाच नव्हे तर व्युत्पन्न व्होल्टेजचे स्थिर मूल्य देखील राखण्यासाठी, फ्रेम विशेषतः तयार केलेल्या तंत्रज्ञानानुसार बनविली जाते:

• हे एक कॉइल वापरत नाही, परंतु अनेक - नियोजित व्होल्टेजच्या विशालतेवर अवलंबून;

• फ्रेम्सची संख्या एका प्रतीपुरती मर्यादित नाही: ते समान स्तरावर व्होल्टेज ड्रॉप चांगल्या प्रकारे राखण्यासाठी पुरेशी संख्या बनवण्याचा प्रयत्न करतात.

डीसी जनरेटरमध्ये, रोटर विंडिंग स्लॉटमध्ये स्थित आहेत चुंबकीय सर्किट… हे प्रेरित इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डचे नुकसान कमी करण्यास अनुमती देते.

डीसी जनरेटरची डिझाइन वैशिष्ट्ये

डिव्हाइसचे मुख्य घटक आहेत:

• बाह्य शक्ती फ्रेम;

• चुंबकीय ध्रुव;

• स्टेटर;

• फिरणारा रोटर;

• ब्रशसह ब्लॉक स्विच करा.

एकंदर संरचनेला यांत्रिक शक्ती देण्यासाठी स्टील मिश्र धातु किंवा कास्ट आयरनची बनलेली फ्रेम. ध्रुवांमधील चुंबकीय प्रवाह हस्तांतरित करणे हे गृहनिर्माणचे अतिरिक्त कार्य आहे.

चुंबकाचे ध्रुव शरीराला पिन किंवा बोल्टने जोडलेले असतात. त्यांच्यावर एक कॉइल बसवली आहे.

स्टेटर, ज्याला योक किंवा सांगाडा देखील म्हणतात, फेरोमॅग्नेटिक सामग्रीपासून बनलेला असतो. त्यावर उत्तेजित कॉइलची गुंडाळी ठेवली जाते. चुंबकीय ध्रुवांसह सुसज्ज स्टेटर कोर त्याचे चुंबकीय क्षेत्र बनवते.

रोटरला समानार्थी शब्द आहे: अँकर. त्याच्या चुंबकीय कोरमध्ये लॅमिनेटेड प्लेट्स असतात ज्यामुळे एडी प्रवाहांची निर्मिती कमी होते आणि कार्यक्षमता वाढते. रोटर आणि/किंवा सेल्फ-एक्सिटेशन विंडिंग्स कोर चॅनेलमध्ये घातल्या जातात.

ब्रशेससह स्विचिंग नोड, त्यात वेगवेगळ्या ध्रुवांची संख्या असू शकते, परंतु नेहमी दोनचा गुणाकार असतो. ब्रशची सामग्री सहसा ग्रेफाइट असते. कलेक्टर प्लेट्स तांब्यापासून बनविल्या जातात, कारण विद्युत् प्रवाहाच्या विद्युत गुणधर्मांसाठी सर्वात योग्य धातू म्हणून.

स्विच वापरल्याबद्दल धन्यवाद, डीसी जनरेटरच्या आउटपुट टर्मिनल्सवर एक स्पंदन करणारा सिग्नल व्युत्पन्न होतो.

डीसी जनरेटरच्या बांधकामांचे मुख्य प्रकार

उत्तेजना कॉइलच्या वीज पुरवठ्याच्या प्रकारानुसार, उपकरणे ओळखली जातात:

1. आत्म-उत्तेजनासह;

2. स्वतंत्र समावेशाच्या आधारावर कार्य करणे.

प्रथम उत्पादने हे करू शकतात:

• कायम चुंबक वापरा;

• किंवा बाह्य स्त्रोतांकडून ऑपरेट करा, उदा. बॅटरी, विंड टर्बाइन...

स्वतंत्रपणे स्विच केलेले जनरेटर त्यांच्या स्वत: च्या विंडिंगमधून ऑपरेट करतात, जे कनेक्ट केले जाऊ शकतात:

• क्रमाक्रमाने;

• शंट किंवा समांतर उत्तेजना.

अशा कनेक्शनसाठी पर्यायांपैकी एक आकृतीमध्ये दर्शविला आहे.

डीसी जनरेटरचे उदाहरण म्हणजे भूतकाळात ऑटोमोटिव्ह अभियांत्रिकीमध्ये वापरले जाणारे डिझाइन आहे. त्याची रचना इंडक्शन मोटरसारखीच असते.

अशा कलेक्टर संरचना एकाच वेळी इंजिन किंवा जनरेटर मोडमध्ये कार्य करू शकतात. यामुळे, ते विद्यमान हायब्रीड वाहनांमध्ये व्यापक झाले आहेत.

अँकर निर्मिती प्रक्रिया

हे निष्क्रिय मोडमध्ये घडते जेव्हा ब्रशचा दाब चुकीच्या पद्धतीने समायोजित केला जातो, ज्यामुळे सबऑप्टिमल घर्षण मोड तयार होतो. यामुळे चुंबकीय क्षेत्र कमी होऊ शकते किंवा वाढलेल्या स्पार्किंगमुळे आग लागू शकते.

कमी करण्याचे मार्ग आहेत:

• अतिरिक्त ध्रुव जोडून चुंबकीय क्षेत्राची भरपाई;

• कलेक्टर ब्रशेसच्या स्थितीच्या ऑफसेटचे समायोजन.

डीसी जनरेटरचे फायदे

ते समाविष्ट आहेत:

• हिस्टेरेसिस आणि एडी करंट फॉर्मेशनमुळे नुकसान न होता;

• अत्यंत परिस्थितीत काम करा;

• कमी वजन आणि लहान परिमाण.

सर्वात सोप्या अल्टरनेटरच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत

या डिझाइनमध्ये, मागील अॅनालॉग प्रमाणेच तपशील वापरले जातात:

• चुंबकीय क्षेत्र;

• फिरणारी फ्रेम;

• वर्तमान ड्रेन ब्रशेससह कलेक्टर ब्लॉक.

मुख्य फरक कलेक्टर असेंब्लीच्या डिझाइनमध्ये आहे, ज्याची रचना अशा प्रकारे केली गेली आहे की जेव्हा फ्रेम ब्रशेसमधून फिरते तेव्हा त्यांची स्थिती चक्रीयपणे न बदलता फ्रेमच्या अर्ध्या भागाशी सतत संपर्क केला जातो.

म्हणूनच, प्रत्येक अर्ध्या भागामध्ये हार्मोनिक्सच्या नियमांनुसार बदलणारा प्रवाह पूर्णपणे ब्रशेसमध्ये बदलला जातो आणि नंतर त्यांच्याद्वारे ग्राहक सर्किटमध्ये हस्तांतरित केला जातो.

साहजिकच, फ्रेम एका वळणावरून वाइंड करून तयार केली जाते, परंतु इष्टतम तणाव प्राप्त करण्यासाठी त्यांची गणना केलेली संख्या.

अशा प्रकारे, डीसी आणि एसी जनरेटरच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत सामान्य आहे आणि डिझाइनमधील फरक खालील उत्पादनांमध्ये आहेत:

• रोटेटिंग रोटर कलेक्टर असेंब्ली;

• रोटर वाइंडिंग कॉन्फिगरेशन.

औद्योगिक अल्टरनेटरची डिझाइन वैशिष्ट्ये

औद्योगिक इंडक्शन जनरेटरच्या मुख्य भागांचा विचार करा ज्यामध्ये रोटर जवळच्या टर्बाइनमधून रोटेशनल गती प्राप्त करतो. स्टेटरच्या बांधकामामध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेट (जरी चुंबकीय क्षेत्र कायम चुंबकाच्या संचाद्वारे तयार केले जाऊ शकते) आणि विशिष्ट वळणांसह रोटर विंडिंग समाविष्ट आहे.

प्रत्येक लूपमध्ये एक इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स प्रेरित केला जातो, जो त्या प्रत्येकामध्ये क्रमाने जोडला जातो आणि आउटपुट टर्मिनल्सवर कनेक्ट केलेल्या ग्राहकांच्या पुरवठा सर्किटला पुरवलेल्या व्होल्टेजचे एकूण मूल्य तयार करतो.

जनरेटरच्या आउटपुटवर ईएमएफचे मोठेपणा वाढविण्यासाठी, चुंबकीय प्रणालीची एक विशेष रचना वापरली जाते, जी चॅनेलसह लॅमिनेटेड प्लेट्सच्या स्वरूपात इलेक्ट्रिकल स्टीलच्या विशेष ग्रेडच्या वापरामुळे दोन चुंबकीय सर्किट्सपासून बनलेली असते. त्यांच्या आत कॉइल्स स्थापित केले आहेत.

जनरेटर हाऊसिंगमध्ये, चुंबकीय क्षेत्र तयार करणारी कॉइल सामावून घेण्यासाठी चॅनेलसह स्टेटर कोर आहे.

बियरिंग्सवर फिरणाऱ्या रोटरमध्ये एक स्लॉटेड चुंबकीय सर्किट देखील असते ज्यामध्ये एक कॉइल बसविली जाते जी एक प्रेरित EMF प्राप्त करते. सहसा, क्षैतिज दिशा रोटेशनच्या अक्षासाठी निवडली जाते, जरी तेथे अनुलंब व्यवस्था आणि बियरिंग्जच्या संबंधित डिझाइनसह जनरेटर असतात.

स्टेटर आणि रोटरमध्ये नेहमीच एक अंतर तयार केले जाते, जे रोटेशन सुनिश्चित करण्यासाठी आणि जॅमिंग टाळण्यासाठी आवश्यक असते. परंतु त्याच वेळी, त्यात चुंबकीय प्रेरण उर्जेचे नुकसान होते. म्हणून, ते शक्य तितके लहान करण्याचा प्रयत्न करतात, दोन्ही आवश्यकता चांगल्या प्रकारे लक्षात घेऊन.

रोटर सारख्याच शाफ्टवर स्थित, एक्सायटर हा तुलनेने कमी पॉवर डायरेक्ट करंट जनरेटर आहे. त्याचा उद्देश: स्वतंत्र उत्तेजनाच्या स्थितीत पॉवर जनरेटरच्या विंडिंगला वीज पुरवठा करणे.

उत्तेजनाची प्राथमिक किंवा बॅकअप पद्धत तयार करताना अशा उत्तेजकांचा वापर टर्बाइन किंवा हायड्रॉलिक जनरेटर डिझाइनसह केला जातो.

औद्योगिक जनरेटरचा फोटो फिरत्या रोटर स्ट्रक्चरमधून प्रवाह कॅप्चर करण्यासाठी स्लिप रिंग आणि ब्रशेसची व्यवस्था दर्शवितो. ऑपरेशन दरम्यान, हे डिव्हाइस सतत यांत्रिक आणि विद्युत तणावाच्या अधीन आहे. त्यांच्यावर मात करण्यासाठी, एक जटिल रचना तयार केली जाते, ज्यासाठी ऑपरेशन दरम्यान नियतकालिक तपासणी आणि प्रतिबंधात्मक उपाय आवश्यक असतात.

व्युत्पन्न होणारा ऑपरेटिंग खर्च कमी करण्यासाठी, एक वेगळे, पर्यायी तंत्रज्ञान वापरले जाते जे फिरत्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डमधील परस्परसंवाद देखील वापरते. रोटरवर फक्त कायमस्वरूपी किंवा विद्युत चुंबक ठेवले जातात आणि स्थिर कॉइलमधून व्होल्टेज काढून टाकले जाते.

असे सर्किट तयार करताना, अशा संरचनेला "अल्टरनेटर" असे म्हटले जाऊ शकते. हे सिंक्रोनस जनरेटरमध्ये वापरले जाते: उच्च वारंवारता, ऑटोमोटिव्ह, डिझेल लोकोमोटिव्ह आणि जहाजे, वीज निर्मितीसाठी पॉवर प्लांटची स्थापना.

सिंक्रोनस जनरेटरची वैशिष्ट्ये

ऑपरेटिंग तत्त्व

कृतीचे नाव आणि विशिष्ट वैशिष्ट्य स्टेटर विंडिंग «f» मध्ये प्रेरित पर्यायी इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्सची वारंवारता आणि रोटरच्या रोटेशन दरम्यान एक कठोर कनेक्शन तयार करण्यात आहे.

स्टेटरमध्ये थ्री-फेज वळण लावले जाते आणि रोटरवर कोर असलेले इलेक्ट्रोमॅग्नेट असते आणि ब्रश कलेक्टरद्वारे डीसी सर्किट्सद्वारे दिले जाणारे रोमांचक विंडिंग असते.

रोटरला यांत्रिक उर्जेच्या स्त्रोताद्वारे रोटेशनमध्ये चालविले जाते - त्याच वेगाने चालविणारी मोटर. त्याचे चुंबकीय क्षेत्र समान हालचाल करते.

समान परिमाण असलेल्या परंतु 120 अंशांनी दिशेने सरकलेल्या इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स स्टेटर विंडिंग्समध्ये प्रेरित होतात, ज्यामुळे तीन-चरण सममितीय प्रणाली तयार होते.

जेव्हा ते ग्राहक सर्किट्सच्या विंडिंगच्या टोकाशी जोडलेले असतात, तेव्हा फेज प्रवाह सर्किटमध्ये कार्य करण्यास सुरवात करतात, जे त्याच प्रकारे फिरणारे चुंबकीय क्षेत्र तयार करतात: समकालिकपणे.

प्रेरित ईएमएफच्या आउटपुट सिग्नलचे स्वरूप केवळ रोटर पोल आणि स्टेटर प्लेट्समधील अंतरामध्ये चुंबकीय प्रेरण वेक्टरच्या वितरण कायद्यावर अवलंबून असते. म्हणून, जेव्हा साइनसॉइडल कायद्यानुसार इंडक्शनची परिमाण बदलते तेव्हा ते अशी रचना तयार करण्याचा प्रयत्न करतात.

जेव्हा अंतर स्थिर असते, तेव्हा रेषा आलेख 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, अंतराच्या आतील प्रवाह वेक्टर ट्रॅपेझॉइडल असतो.

तथापि, जर खांबावरील किनार्यांचा आकार जास्तीतजास्त मूल्यापर्यंत अंतर बदलून तिरकस करण्यासाठी दुरुस्त केला असेल, तर ओळ 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे वितरणाचा साइनसॉइडल आकार प्राप्त करणे शक्य आहे. हे तंत्र व्यवहारात वापरले जाते.

सिंक्रोनस जनरेटरसाठी उत्तेजना सर्किट

रोटरच्या उत्तेजित वळणावर उद्भवणारी चुंबकीय शक्ती "OB" चे चुंबकीय क्षेत्र तयार करते. यासाठी विविध DC उत्तेजक डिझाईन्स यावर आधारित आहेत:

1. संपर्क पद्धत;

2. संपर्क नसलेली पद्धत.

पहिल्या प्रकरणात, उत्तेजक «B» नावाचा स्वतंत्र जनरेटर वापरला जातो. त्याची उत्तेजित कॉइल समांतर उत्तेजनाच्या तत्त्वानुसार अतिरिक्त जनरेटरद्वारे समर्थित आहे, ज्याला «PV» उत्तेजक म्हणतात.

सर्व रोटर्स सामान्य शाफ्टवर स्थित आहेत. म्हणून, ते अगदी त्याच प्रकारे फिरतात. रिओस्टॅट्स r1 आणि r2 चा उपयोग उत्तेजना आणि अॅम्प्लीफायर सर्किट्समधील प्रवाहांचे नियमन करण्यासाठी केला जातो.

गैर-संपर्क पद्धतीसह, रोटरवर स्लिप रिंग नाहीत. त्यावर थेट थ्री-फेज एक्सायटर वाइंडिंग बसवले जाते. हे रोटरसह समकालिकपणे फिरते आणि को-रोटेटिंग रेक्टिफायरद्वारे थेट उत्तेजक विंडिंग «B» वर थेट विद्युत प्रवाह प्रसारित करते.

संपर्करहित सर्किटचे प्रकार आहेत:

1. स्टेटरच्या स्वतःच्या विंडिंगमधून स्वयं-उत्तेजना प्रणाली;

2. स्वयंचलित योजना.

पहिल्या पद्धतीमध्ये, स्टेटर विंडिंग्समधील व्होल्टेज स्टेप-डाउन ट्रान्सफॉर्मरला दिले जाते आणि नंतर सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर «पीपी» ला दिले जाते, जे थेट प्रवाह निर्माण करते.

या पद्धतीसह, अवशिष्ट चुंबकत्वाच्या घटनेमुळे प्रारंभिक उत्तेजना निर्माण होते.

स्वयं-उत्तेजना निर्माण करण्याच्या स्वयंचलित योजनेमध्ये खालील गोष्टींचा समावेश आहे:

• व्होल्टेज ट्रान्सफॉर्मर व्हीटी;

• स्वयंचलित उत्तेजना नियामक एटीएस;

• वर्तमान ट्रान्सफॉर्मर टीटी;

• रेक्टिफायर व्हीटी;

• thyristor कनवर्टर TP;

• संरक्षण ब्लॉक BZ.

असिंक्रोनस जनरेटरची वैशिष्ट्ये

या डिझाईन्समधील मुख्य फरक म्हणजे रोटर स्पीड (nr) आणि कॉइल (n) मध्ये प्रेरित EMF यांच्यातील कठोर संबंध नसणे. त्यांच्यामध्ये नेहमीच फरक असतो, ज्याला "स्लिप" म्हणतात. हे लॅटिन अक्षर "S" द्वारे दर्शविले जाते आणि S = (n-nr) / n या सूत्राद्वारे व्यक्त केले जाते.

जेव्हा लोड जनरेटरशी जोडला जातो, तेव्हा रोटर चालू करण्यासाठी ब्रेकिंग टॉर्क तयार केला जातो. हे व्युत्पन्न ईएमएफच्या वारंवारतेवर परिणाम करते, नकारात्मक स्लिप तयार करते.

असिंक्रोनस जनरेटरसाठी रोटरचे बांधकाम केले आहे:

• शॉर्ट सर्किट;

• टप्पा;

• पोकळ

असिंक्रोनस जनरेटरमध्ये हे असू शकते:

1. स्वतंत्र खळबळ;

2. आत्म-उत्तेजना.

पहिल्या प्रकरणात, बाह्य एसी व्होल्टेज स्त्रोत वापरला जातो आणि दुसऱ्यामध्ये, प्राथमिक, दुय्यम किंवा दोन्ही प्रकारच्या सर्किट्समध्ये अर्धसंवाहक कन्व्हर्टर किंवा कॅपेसिटर वापरले जातात.

अशा प्रकारे, अल्टरनेटर आणि डायरेक्ट करंट जनरेटरमध्ये बांधकाम तत्त्वांमध्ये बरेच साम्य आहे, परंतु काही घटकांच्या डिझाइनमध्ये ते भिन्न आहेत.