Czym jest alternator: rodzaje i zasada działania
Wygoda współczesnego człowieka zależy od dostępności energii elektrycznej. Źródła zasilania niezależne od sieci podczas przerw w dostawie prądu zapewniają działanie sprzętu w domu, biurze lub podczas spawania. Sprzęt ma różne parametry mocy i strukturę. Aby wybrać odpowiedni model, musisz dowiedzieć się, czym jest alternator.
Podstawowe koncepcje
Do generowania prądu elektrycznego stosuje się specjalne urządzenia - generatory. Urządzenie składa się z silnika i przetwornika energii zamontowanego w obudowie lub na otwartej ramie. Alternator jest jedną z głównych części źródła, przetwarzającą ruch mechaniczny wału na energię elektryczną. Mechanizm składa się z części nieruchomych i ruchomych (stojan, wirnik).
Aby aktywować siłę elektromotoryczną na izolacji części nieruchomej, wytwarzane jest pole magnetyczne. We wszystkich tego typu urządzeniach stosuje się obracający się wirnik namagnesowany. Ze względu na różnice konstrukcyjne alternatory dzielą się na 2 typy:
- Synchroniczny. W technologii szczotek na części ruchomej znajduje się uzwojenie.
- Asynchroniczny. Namagnesowana część nie ma izolacji. Pole szczątkowe jest przesyłane bezdotykowo, więc w urządzeniu nie ma szczotek.
Strukturalnie pierwszy typ alternatorów jest bardziej złożony niż drugi. Synchroniczny ma uzwojenia i szczotki elektryczne (węglowe, miedziano-grafitowe), co wpływa na koszt. Takie opcje służą przez długi czas i rzadko dramatycznie się psują. Elementarny w budowie, asynchroniczny nie zawiera wielu detali, więc cena jest tańsza.
Uzwojenie generatora jest wykonane z metalu. Jeśli potrzebujesz sprzętu do ciągłej i aktywnej pracy z częstymi przeciążeniami, preferowana jest wytrzymała miedź. Modele aluminiowe mają ograniczenia dotyczące maksymalnego obciążenia, więc szybko ulegną awarii.
Obrót w urządzeniu odbywa się dzięki sile elektromotorycznej, która powstaje w wyniku wzbudzenia pola magnetycznego na uzwojeniu. Na stojanie umieszczone są przewody wzmacniające. Elementy generują napięcie przemienne z trzech faz. Im mocniejszy generator, tym większa konstrukcja.
Sprzęt został wykonany w taki sposób, że kotwice przewodników są wylewane jak magnesy. Gdy wał obraca się z turbiny, do aparatu dostaje się prąd, a uzwojenie jest zasilane energią. Szczotkowane generatory trójfazowe wytwarzają więcej użytecznego prądu niż typy bezszczotkowe. Technikę stosuje się w przypadkach, gdy pobór mocy przekracza 50 kW.
Konstrukcja synchroniczna
Generator (alternator) nazywany jest synchronicznym, w którym prędkość wirnika pokrywa się ze wskazaniami ruchu pola magnetycznego. Dzięki autonomicznej pracy sprzęt AC jest w stanie wytrzymać każde obciążenie. Sprzęt doskonale sprawdza się w warunkach bez scentralizowanych autostrad.
Zasada działania
Alternator synchroniczny działa na zasadzie indukcji elektromagnetycznej. Podczas biegu jałowego cewka stojana jest otwarta, a uzwojenie wirnika wytwarza energię. Ruchome części są napędzane silnikiem. Podczas tego procesu wewnątrz powstaje stała częstotliwość, a pole magnetyczne jest przenoszone przez części i wytwarza siłę elektromotoryczną.
Aby utworzyć pola wewnątrz konstrukcji, potrzebne jest uzwojenie. Element pozwala niezawodnie odizolować od siebie metalowe płytki. Jeżeli w alternatorze synchronicznym zwora jest wprawiana w ruch przez obrót, to przepływ energii przechodzi przez cewki stojana.
Projekty szczotek działają w trybie silnikowym lub generują energię elektryczną. W modelach pracujących przy dużych obciążeniach dodatkowo stosuje się układy chłodzenia. W wale zamontowane są „skrzydełka”, które przedmuchują wirnik z obu stron i obniżają temperaturę ruchomego elementu. Im silniejszy przepływ tlenu, tym lepsza procedura.
Cechy konstrukcyjne
Alternator synchroniczny jest pod względem konstrukcyjnym typowym przedstawicielem generatorów. W rowkach stojana maszyny szczotkowej umieszczono uzwojenie jedno-, dwu- lub trójfazowe. Model różni się od typu bezszczotkowego wirnikiem, który pełni funkcję magnesu elektrycznego. Projekt zawiera tyczki (od 2 lub więcej).
W przypadku szybkich generatorów liczba par biegunów wynosi 1. Aby uzyskać prąd, alternator synchroniczny musi być obracany z określoną częstotliwością. Producenci tworzą konstrukcje, wewnątrz których znajdują się trójfazowe elementy półprzewodnikowe. Do generowania energii stosuje się metodę prostowania prądów zmiennych.
Układ wzbudzenia generatora to sprzęt przeznaczony do wytwarzania prądu. Regulatory służą do kontrolowania energii elektrycznej. Według rodzaju działania rozróżnia się 2 grupy:
- proporcjonalny. W przypadku odchylenia jednego parametru prąd wzbudzenia jest równomiernie przekształcany.
- Silny. Zmiany następują, gdy kilka wskaźników się rozbiega.
Struktury wzbudzenia w alternatorze synchronicznym zapewniają bezpieczną pracę i hamowanie sprzętu na biegu jałowym. Sprzęt pracuje według zadanego programu z uwzględnieniem obciążeń. W przypadku odchyleń parametrów urządzenie dostosowuje się do zmian (napięcie, prędkość).
Rodzaje sprzętu
Zgodnie z cechami technicznymi alternatory synchroniczne są podzielone na 4 grupy. W turbogeneratorach energia powstaje w wyniku ruchu elementów specjalnych. Prędkość modeli często osiąga 6000 obr./min. Ze względu na brak słupów konstrukcje hydrauliczne działają z małą prędkością.
Do stabilizacji napięcia służy potężny kompensator synchroniczny. Urządzenie nadaje się do poprawy jakości otrzymywanej energii. Dwubiegunowy sprzęt szokowy nie działa długo, jest używany w harmonogramach zwarciowych.
Plusy i minusy
Generatory synchroniczne (alternatory) zapewniają równomierny prąd na wyjściu, łatwo wytrzymują maksymalne obciążenia i niewielkie wahania. Jednostki nadają się do wytwarzania energii elektrycznej dla sprzętu gospodarstwa domowego, sprzętu komputerowego i sprzętu precyzyjnego. Silne strony:
- energia wysokiej jakości;
- stabilne napięcie;
- praktyczność w działaniu;
- niezawodność.
Wady generatorów synchronicznych (alternatywy) obejmują wysoką cenę, powstawanie zakłóceń radiowych i słabą ochronę przed kurzem. Wentylatory służą do zmniejszania ciepła obracających się szczotek. Układ chłodzenia, podobnie jak odkurzacz, wciąga małe cząsteczki, które zatykają strukturę i powodują awarie. Aby zminimalizować problem, profesjonaliści radzą regularnie sprawdzać i wymieniać części na czas. Modele węglowe wytrzymają do 2 lat, miedziano-grafitowe - 4 miesiące.
Sprzęt asynchroniczny
Struktury działające na niestałym prądzie nazywane są asynchronicznymi. Bezszczotkowy alternator może być używany zarówno jako generator, jak i jako silnik. Funkcjonalna aparatura szybko przechodzi z trybu pracy silnika na harmonogram zasilania awaryjnego.
Właściwości techniczne
W alternatorze asynchronicznym pole stojana obraca się wolniej niż w alternatorze synchronicznym. Aby zmienić funkcję silnika na generator, warto zwiększyć prędkość poruszania się wirnika. Obracający się element przestaje podążać za polem magnetycznym i zmienia kierunek.
Proces ten zachodzi, gdy do sieci podłączona jest grupa kondensatorów. Szczegóły zaczynają się ładować, gromadzą energię pól elektrycznych. Faza ma ładunek przeciwny do bieguna źródłowego. Wirnik zwalnia, co prowadzi do wytwarzania prądu.
Projekty asynchroniczne zużywają moc potrzebną do wytworzenia pola magnetycznego. Energia elektryczna wchodzi do silnika, a energia mechaniczna jest uzyskiwana na wyjściu. Szybkość przejścia z jednego trybu do drugiego zależy od cech obrotu lub hamowania.
Ze względu na brak szczotek modele nazywane są bezszczotkowymi. Wirnik alternatora asynchronicznego wykonany jest w postaci „koła wiewiórki”. Konstrukcja w postaci jednoczęściowej kratownicy spowalnia części, tworząc efekt poślizgu. Przy impulsie mechanicznym, ze względu na promieniowanie szczątkowe w elementach, powstają pola, które oddziałują dynamicznie.
Rodzaje generatorów
Alternatory asynchroniczne wyróżniają się parametrami eksploatacyjnymi. W projektach wirniki są fazowe lub zwarte. Ze względu na złożoną strukturę, pierwszy typ ma kosztowną konserwację. W drugim ruchome części w postaci walca składają się z patyków i pierścieni, przypominających nieco wiewiórcze koło.
Generatory asynchroniczne są używane podczas pracy z urządzeniami z hamowaniem regeneracyjnym lub reostatycznym (przenośniki, dźwigi). Elektrownie są wykorzystywane w urządzeniach przemysłowych, co jest niewymagające jakości otrzymywanej energii. Bezszczotkowe alternatory to potężne urządzenia ładujące, które zatankują akumulatory w warsztatach samochodowych lub spawalnictwie funkcyjnym. W terenie modele staną się niedrogim źródłem energii napędzanym silnikami wysokoprężnymi.
Zalety i wady
Alternatory asynchroniczne nie mają uzwojenia ruchomych elementów, więc szczotki nie są potrzebne. Ruchomy element wizualnie przypomina koło zamachowe. Aby zapewnić nieprzerwaną pracę, generator będzie miał wystarczającą ilość kondensatorów i pól magnetycznych. Ze względu na prostotę konstrukcji sprzęt jest bardziej niezawodny niż sprzęt synchroniczny, nie zawodzi przez długi czas.
Ze względu na brak uzwojenia miedzianego nie jest konieczne chłodzenie części i wymiana szczotek. Śmieci, wilgoć i kurz nie dostają się do alternatorów asynchronicznych, dlatego wzrasta klasa ochrony generatorów. Modele bezszczotkowe nie pobierają strumieni wody.
Ze względu na prostotę konstrukcji alternatory asynchroniczne mają mniejszą masę i wymiary niż odpowiedniki synchroniczne. Technika zajmuje mniej miejsca niż typy pędzli. Sprzęt nie boi się zwarć, co jest dobre podczas spawania.
Przeciążenia rozruchowe są przeciwwskazane w przypadku alternatora asynchronicznego. Podczas procesu napięcie staje się niestabilne. Dozwolony limit to 10%, ale w niektórych przypadkach odchylenia są znacznie większe. Projekt nie przewidywał automatycznego regulatora, więc nieplanowane skoki mogą zniszczyć precyzyjny sprzęt i drogi sprzęt.
Profesjonaliści radzą, aby zapobiec problemowi, kupując i instalując wzmacniacz rozruchowy, który zmienia charakterystykę energii wyjściowej. Producenci wysokiej jakości generatorów poprawiają parametry urządzeń, dzięki czemu silniki często zapewniają stabilną prędkość podczas transformacji napięcia.
Który z nich lepiej wziąć
Stając przed zadaniem wyboru alternatora (synchronicznego czy asynchronicznego), użytkownicy muszą opierać się na wymaganiach, jakie nakłada ta technika. Modele bezszczotkowe są źródłem energii biernej, które nie boi się przeciążeń od rozruchu urządzeń elektrycznych. Skład posiada automatyczny regulator, który chroni przed nieprzewidzianymi zmianami.
Same konstrukcje bezszczotkowe są konsumentami energii elektrycznej, dlatego zależy to od właściwości i jakości prądu. Praca urządzenia pod obciążeniem rozruchowym jest niebezpieczna. W profesjonalnym sprzęcie w skład wchodzą kondensatory, aby ustabilizować wielkość prądu.
Jeśli potrzebujesz chronić sprzęt przed przepięciami, wybierz alternatory synchroniczne. Sprzęt ma wysokie wymagania dotyczące stabilności napięcia, co zapobiegnie ewentualnym problemom. Urządzenia są przystosowane do częstych przeciążeń w trybie przejściowym, który występuje, gdy podłączone są urządzenia elektryczne. Generator zabezpieczy wszystkie podłączone odbiorniki.
Alternator asynchroniczny służy do obsługi urządzeń, które nie mają wysokich wymagań jakościowych prądu. Urządzenie doskonale sprawdza się w zakurzonych miejscach, a drobne zanieczyszczenia czy wilgoć nie spowodują wyłączenia urządzenia. Model jest odpowiedni w przypadkach, gdy nie ma możliwości zakupu drogiej opcji pędzla lub nie ma wykwalifikowanej usługi. Sprzęt z dodatkowymi kondensatorami rozruchowymi jest w stanie wytrzymać przejściowe przeciążenia.
Jeśli potrzebujesz wybrać alternator do swojego domu, lepiej dać pierwszeństwo modelowi synchronicznemu. Sprzęt szczotkowy z funkcją AVR (stabilizacji napięcia) nadaje się do komputerów PC i urządzeń domowych. Generator ochroni wrażliwe urządzenia przed przepięciami i awarią. Urządzenie nadaje się do:
- biura;
- kliniki medyczne;
- laboratoria badawcze.
Jeśli potrzebujesz urządzenia do budowy, daj je modelowi asynchronicznemu. Generatory bezszczotkowe doskonale sprawdzają się na świeżym powietrzu, na ulicy. Projekt nie boi się kurzu w warsztacie produkcyjnym. Dzięki odporności na zwarcia sprzęt nie pęka podczas spawania, a jego kompaktowość zwiększa mobilność urządzenia (łatwe do przenoszenia).
Wybierając moc, zsumuj sumę wszystkich podłączonych odbiorców. Aby uniknąć nieprzewidzianych sytuacji, modele są pobierane z marginesem przepustowości. Generator musi być sprawdzony w trybie włączonym. Podczas pracy wskaźniki są zawsze stabilne, a wydechy brzmią gładko, bez szarpnięć.
Przed wyborem sprzętu zwróć uwagę na rodzaj paliwa. Wskaźnik wpływa na koszt urządzenia i późniejszej konserwacji. Jeśli planuje się, że generator ma działać okresowo lub w temperaturach poniżej zera, preferowana jest tania benzyna. Pracując przez całą dobę w prywatnym domu lub biurze, lepiej wziąć olej napędowy. Jednorazowa nadpłata pozwoli zaoszczędzić pieniądze na obsłudze elektrowni.
Wniosek
Alternator to praktyczne urządzenie, które stanie się niezawodnym źródłem energii w domku, warsztacie samochodowym czy na budowie. Urządzenia synchroniczne są bardziej złożone i droższe w konstrukcji niż typy asynchroniczne. Wybierając generator do domu lub produkcji, zwracają uwagę nie na koszt modelu, ale na charakterystykę odporności na przepięcia, obciążenie rozruchowe lub kurz.
