Що таке альтернатор: види та принцип роботи
Зручність сучасної людини залежить від електрики. Незалежні від магістралей джерела енергії при знеструмленні дозволяють підтримувати роботу обладнання в будинку, офісі або під час зварювання. У техніки різні параметри потужності та будова. Щоб вибрати потрібну модель, треба розібратися, що таке альтернатор.
Основні поняття
Для вироблення електричного струму використовують спеціальні пристрої – генератори. Апарат складається з мотора та енергетичного перетворювача, встановлених у корпусі або на відкритій рамці. Альтернатор - одна з основних частин джерела, що перетворює механічний рух валу в електроенергію. У складі механізму є статичні та рухомі деталі (статор, ротор).
Щоб активувати електрорушійну силу на ізоляції нерухомої деталі, створюють магнітне поле. У всіх видах обладнання цього типу застосовують намагнічений ротор, що обертається. За конструктивними відмінностями альтернатори ділять на 2 види:
- Синхронний. У щітковій техніці є намотування на рухомій частині.
- Асинхронний. Намагнічена деталь не має ізоляції. Залишкове поле передається за безконтактним принципом, тому в обладнанні немає щіток.
За будовою перший вид альтернаторів виходить складнішим, ніж другий. У синхронному є обмотки та електрощітки (вугільні, мідно-графітові), що позначається на вартості. Такі варіанти служать довго і рідко кардинально ламаються. Елементарний за будовою асинхронний не містить багато деталей, тому за ціною виходить дешевше.
Обмотку генератора роблять із металу. Якщо потрібна техніка для постійної та активної експлуатації при частих навантаженнях, то віддають перевагу довговічній міді. У алюмінієвих моделей є обмеження щодо максимального навантаження, тому швидко вийдуть з ладу.
Обертання в устаткуванні здійснюють за рахунок електрорушійної сили, яку створюють збудженням магнітним полем на обмотці. Арматурні провідники розташовують на статорі. В елементах виникає змінна напруга із трьох фаз. Чим потужніший генератор, тим більша конструкція.
Обладнання зробили таким чином, що якорі провідників висипають у ролі магнітів. При обертанні валу від турбіни в апарат надходить електрика, а обмотка живиться енергією. Щіткові трифазні генератори створюють більше корисного струму, ніж безщіткові види. Техніку використовують у випадках коли витрата потужності більше 50 кВт.
Синхронна конструкція
Синхронним називають генератор (альтернатор), у якого частота обертання ротора збігається із показаннями руху магнітного поля. При автономній роботі обладнання змінного струму здатне витримати будь-яке навантаження. Техніка відмінно функціонує за умов без централізованих магістралей.
Принцип роботи
Синхронний альтернатор працює за принципом електромагнітної індукції. При холостому русі котушка статора розімкнена, а енергія формується в роторній обмотці. Рухливі частини обертаються від двигуна. Під час процесу всередині утворюється стала частота, а магнітне поле переноситься через деталі і створюють електрорушійну силу.
Для утворення полів усередині конструкції потрібна обмотка. Елемент дозволяє надійно ізолювати одна від одної металеві пластини. Якщо в синхронному альтернаторі якір навести рух обертанням, то потік енергії переходить через статорні котушки.
Щіточні конструкції працюють у режимі двигуна чи генерації електрики. У моделях, що працюють при високих навантаженнях, додатково використовують системи охолодження. У вал встановлюють крила, які з двох сторін обдують ротор і знижують температуру рухомого елемента. Чим сильніший потік кисню, тим краще проходить процедура.
Особливості конструкції
Синхронний альтернатор за будовою є типовим представником генераторів. У пазах статора щіткової машини розташували одно-, дво- чи трифазну обмотку. Від безщіткового вигляду модель відрізняється ротором, який за функціями є електричним магнітом. У конструкції є полюси (від 2 і більше).
У швидкохідних генераторів кількість полюсних пар дорівнює 1. Щоб одержати струм, синхронний альтернатор треба обертати з певною частотою. Виробники створюють конструкції, всередині яких є напівпровідникові трифазні елементи. Для утворення енергії застосовують метод випрямлення змінних струмів.
Система збудження генераторів є устаткування, створене виробництва струму. Регулятори використовують для керування електрикою. За типом дії виділяють 2 групи:
- Пропорційного. При відхиленні одного параметра поступово трансформують струм збудження.
- Сильного. Зміни відбуваються за розбіжності кількох показників.
Структури збудження в синхронному альтернаторі забезпечують безпечне функціонування та гальмування обладнання на холостому ході. Техніка працює за заданою програмою з урахуванням навантажень. У разі відхилення параметрів пристрій підлаштовується під зміни (напруги, швидкості).
Види обладнання
За технічними особливостями синхронні альтернатори ділять на 4 групи. У турбогенераторах енергія виникає під час руху спеціальних елементів. Швидкість у моделей часто досягає 6000 об/хв. Гідроконструкції за рахунок відсутності полюсів працюють на малих обертах.
Потужний синхронний компенсатор застосовують для стабілізації напруги. Апарат підходить для покращення якості отримуваної енергії. Двополюсне ударне обладнання впливає недовго, використовують у графіках коротких замикань.
Плюси і мінуси
Синхронні генератори (альтернатори) забезпечують на виході рівномірний струм, легко переносять максимальні навантаження та невеликі коливання. Агрегати підійдуть для вироблення електрики для побутової, комп'ютерної техніки та точного обладнання. Сильні сторони:
- якісна енергія;
- стабільна напруга;
- практичність в експлуатації;
- надійність.
До недоліків синхронних генераторів (альтернатів) відносять високу ціну, створення радіоперешкод та слабкий захист від пилу. Для зниження жару щіток, що обертаються, використовують вентилятори. Система охолодження, як пилосос, втягує дрібні частинки, які засмічують конструкцію та стануть причиною поломок. Щоб мінімізувати проблему, професіонали радять регулярно оглядати та вчасно змінювати деталі. Вугільні моделі прослужать до 2 років, мідно-графітові – 4 місяці.
Асинхронне обладнання
Конструкції, що працюють від змінного струму, називають асинхронними. Безщеточний альтернатор можна використовувати як генератор, так і в ролі мотора. Функціональний апарат швидко переходить із режиму двигуна до графіка джерела безперебійної енергії.
Технічні особливості
У асинхронного альтернатора повільніше, ніж у синхронного, крутиться статорне поле. Щоб змінити функцію мотора на генератор, варто збільшити швидкість ротора, що рухається. Елемент, що обертається, перестає слідувати за магнітним полем і змінює напрямок.
Процес виникає під час підключення групи конденсаторів до мережі. Деталі починають заряджатися, накопичують енергію електрополів. У фази є заряд, протилежний полюс джерела. Ротор уповільнюється, що призводить до виробництва струму.
Асинхронні конструкції споживають потужність, яка потрібна на формування магнітного поля. У двигун надходить електрична енергія, але в виході отримують механічну. Швидкість переходу з одного режиму до іншого залежить від особливостей обертання або гальмування.
За рахунок відсутності щіток моделі називають безщітковими. Ротор асинхронного альтернатора роблять у формі "біличного колеса". Спорудження у вигляді грат цільної гальмує деталі, створюючи ефект ковзання. При механічному імпульсі рахунок залишків випромінювання в елементах виникають поля, які динамічно взаємодіють.
Типи генераторів
Асинхронні альтернатори розрізняють за робочими параметрами. У конструкцій ротори бувають фазні чи короткозамкнуті. Через складну будову у першого виду дороге обслуговування. У другого рухомі деталі у формі циліндра складаються з паличок та кілець, трохи нагадує колесо білки.
Асинхронні генератори застосовують при роботі з технікою з рекуперативним або реостатним типом гальмування (транспортери, підйомні крани). Електростанції використовують у промисловому устаткуванні, яке невимогливе до якості одержуваної енергії. Безщеточні альтернатори – потужний пристрій для заряджання, який забезпечить підживлення акумуляторів у автомайстернях або функціонування зварювання. У польових умовах моделі стануть недорогим джерелом енергії, які працюють від дизельних двигунів.
Сильні і слабкі сторони
У асинхронних альтернаторів немає обмотки компонентів, що рухаються, тому не потрібні щітки. Рухливий елемент візуально нагадує маховик. Для безперебійного функціонування генератору вистачить конденсаторів та магнітних полів. За рахунок простоти конструкції обладнання надійніше за синхронне, довго не виходить з ладу.
Через відсутність мідної обмотки не потрібно охолоджувати деталі та міняти щітки. В асинхронні альтернативи не потрапляє сміття, волога і пил, тому у генераторів збільшується клас захисту. Безщіткові моделі не втягують струменя води.
Через простоту будови у асинхронних альтернаторів маса та розміри нижчі, ніж у синхронних аналогів. Техніка займає менше місця, ніж щіткові види. Обладнання не боїться коротких замикань, що добре під час зварювання.
Асинхронному альтернатору протипоказані пускові навантаження. Під час процесу напруга стає нестабільною. Дозволяється межа - 10%, але в окремих випадках відхилення набагато вище. У конструкції не передбачили автоматичний регулятор, тому незаплановані стрибки здатні знищити точне обладнання та дорогу техніку.
Професіонали радять попередити проблему покупкою та монтажем стартового підсилювача, який змінює характеристики енергії, що виходить. Виробники якісних генераторів покращують параметри апаратів, тому двигуни часто забезпечують стабільні обороти при трансформації напруги.
Який краще взяти
Зіткнувшись із завданням який альтернатор вибрати (синхронний або асинхронний), користувачі повинні відштовхуватися від вимог, які пред'являють техніці. Безщіткові моделі – джерело реактивної енергії, яке не боїться перевантажень від пусків електричного обладнання. У складі є автоматичний регулятор, що захищає від непередбачених змін.
Безщіткові конструкції самі є споживачем електрики, тому залежить від характеристик та якості струму. Апаратам небезпечно працювати під час пускового навантаження. У професійному устаткуванні для стабілізації величини струму у складі передбачають конденсатори.
Якщо потрібно захистити техніку від стрибків енергії, вибирають синхронні альтернатори. Обладнання має високі вимоги до стабільності напруги, що попередить можливі проблеми. Апарати підходять при частих перевантаженнях у перехідному режимі, який відбувається при підключенні електричних користувачів (техніки). Генератор захистить всі підключені приймачі.
Асинхронний альтернатор застосовують для експлуатації обладнання, яке не має високих вимог до якості струму. Пристрій відмінно працює в запилених місцях, а дрібне сміття чи волога не виведе апарат із ладу. Модель підійде у випадках, коли немає можливості купити дорогий щітковий варіант або немає кваліфікованого обслуговування. Техніка з додатковими пусковими конденсаторами здатна витримати навантаження при перехідному режимі.
Якщо потрібно вибрати альтернатор для дому, то краще віддати перевагу синхронній моделі. Щіточне обладнання з функцією AVR (стабілізація напруги) підійде для ПК та побутової техніки. Генератор захистить чутливі пристрої від стрибків енергії та виходу з ладу. Апарат підійде для:
- офісів;
- медичних клінік;
- дослідних лабораторій.
Якщо потрібен апарат для будівництва, то віддають асинхронної моделі. Безщіткові генератори відмінно функціонують на свіжому повітрі, на вулиці. Конструкція не боїться пилу у виробничому цеху. Через стійкість до замикань обладнання не ламається при зварюванні, а компактність додає агрегату мобільності (легко переносити).
Під час вибору потужності складають суму всіх підключених споживачів. Щоб не було непередбачених ситуацій, моделі беруть із запасом пропускної спроможності. Генератор обов'язково перевіряють у ввімкненому режимі. При роботі вимірювальні пристрої завжди стабільні, а вихлопи звучать рівно, без ривків.
Перед вибором устаткування звертають увагу до тип палива. Показник впливає на вартість апарату та подальшого технічного обслуговування. Якщо генератор планують експлуатувати періодично або за мінусових температур, то віддають перевагу дешевому бензиновому. При цілодобовій роботі у приватному будинку чи офісі краще взяти дизельний. Разова переплата дозволить заощадити кошти на сервіс електростанції.
Висновок
Альтернатор – практичний пристрій, який стане надійним джерелом енергії у котеджі, автомобільній майстерні або під час будівництва. Синхронні апарати по конструкції складніші і дорогі, ніж асинхронні види. Вибираючи генератор для будинку чи виробництва звертають увагу не на вартість моделі, а на характеристики стійкості до перепадів напруги, пускового навантаження чи пилу.
