Az elektromos gép meghatározható olyan eszközként, amely az elektromos energiát mechanikai energiává vagy a mechanikus energiát elektromos energiává alakítja. An elektromos generátor villamos gépként definiálható, amely a mechanikai energiát elektromos energiává alakítja. Az elektromos generátor általában két részből áll állórészből és rotorból. Különböző típusú villamos generátorok léteznek, például egyenáramú generátorok, váltakozó áramú generátorok, járműgenerátorok, ember által hajtott elektromos generátorok és így tovább. Ebben a cikkben beszéljünk a szinkron generátor működési elvéről.
Szinkron generátor
Az elektromos gép forgó és álló részét forgórésznek és állórésznek lehet nevezni. Az elektromos gépek rotorja vagy állórésze áramtermelő alkatrészként működik, és armatúrának hívják. Az állórészre vagy a rotorra szerelt elektromágneseket vagy állandó mágneseket használják mágneses mező egy elektromos gép. A generátort, amelyben a tekercs helyett állandó mágnest használnak gerjesztő mező biztosítására, állandó mágneses szinkron generátornak nevezik, vagy egyszerűen csak szinkron generátornak nevezik.
Szinkron generátor építése
Általában a szinkron generátor két részből áll: rotor és állórész. A rotor rész mezőoszlopokból áll, az állórész rész pedig armatúra vezetőkből áll. A tereposzlopok forgása armatúravezetők jelenlétében egy váltakozó feszültség ami elektromos áramtermelést eredményez.
Szinkron generátor építése
A tereposzlopok sebessége szinkron sebesség, és azt adja meg
Ahol az „f” a váltakozó áram frekvenciáját, a „P” pedig a pólusok számát jelöli.
A szinkron generátor működési elve
A szinkron generátor működésének elve az elektromágneses indukció. Ha relatív mozgás lép ki a fluxus és a vezetők között, akkor a vezetőkben emf indukálódik. A szinkron generátor működési elvének megértése érdekében vegyünk figyelembe két ellentétes mágneses pólust közöttük, egy téglalap alakú tekercset vagy fordulatot helyezünk el, amint az az alábbi ábrán látható.
Téglalap alakú vezető két ellentétes mágneses pólus közé helyezve
Ha a téglalap alakú fordulat az óramutató járásával megegyező irányban forog az a-b tengellyel szemben, amint az az alábbi ábrán látható, akkor a 90 fokos forgatás befejezése után az AB és CD vezető oldalak az S-pólus, illetve az N-pólus elé kerülnek. Így most azt mondhatjuk, hogy a vezető tangenciális mozgása merőleges az északi és a déli pólus közötti mágneses fluxus vonalakra.
A vezető forgásiránya merőleges a mágneses fluxusra
Tehát, itt a vezető fluxusvágásának sebessége a legnagyobb és áramot indukál a vezetőben, az indukált áram irányát a Fleming jobbkezes szabálya . Így azt mondhatjuk, hogy az áram átmegy A-ból B-be és C-ből D-be. Ha a vezetőt további 90 fokkal az óramutató járásával megegyező irányban forgatjuk, akkor függőleges helyzetbe kerül, amint azt az alábbi ábra mutatja.
A vezető forgásiránya párhuzamos a mágneses fluxussal
Most a vezető és a mágneses fluxus vonalak helyzete párhuzamos egymással, és így nem áramlik a fluxus, és áram nem indukálódik a vezetőben. Ezután, miközben a vezető az óramutató járásával megegyező irányban forog még 90 fokkal, a téglalap alakú fordulat vízszintes helyzetbe kerül, amint az az alábbi ábrán látható. Olyan, hogy az AB és a CD vezetői az N- és az S-pólus alatt vannak. Fleming jobbkezes szabályának alkalmazásával az áram az AB vezetőben B-től A-ig, az áram pedig egy CD-vezetőnél D-től C-ig indukálódik.
Tehát az áram iránya A - D - C - B, és a téglalap alakú kanyar előző vízszintes helyzetének áramiránya A - B - C - D. Ha a fordulatot ismét függőleges helyzetbe forgatják, akkor a az indukált áram ismét nullára csökken. Így a téglalap alakú fordulat egy teljes fordulatszámánál az áram a vezetőben eléri a maximumot és nullára csökken, majd az ellenkező irányban eléri a maximumot és ismét eléri a nullát. Ennélfogva a téglalap alakú fordulat egy teljes fordulata egy teljes szinusz hullámot eredményez a vezetőben indukált áram amelyet a mágneses téren belüli fordulat forgatásával váltakozó áram létrehozásának nevezhetünk.
Most, ha gyakorlati szinkron generátort veszünk figyelembe, akkor a mágnesek forognak az álló armatúra vezetők között. A szinkron generátor rotor és tengely vagy turbina lapátok mechanikusan vannak összekapcsolva egymással és szinkron sebességgel forognak. Így a mágneses fluxus a vágás indukált emf-et eredményez, amely az armatúra vezetők áramát okozza. Így az egyes tekercseknél az áram az egyik fél ciklusban az egyik irányba áramlik, a második fél ciklusban pedig az áram a másik irányba áramlik 120 fokos késéssel (mivel elmozdulnak 120 fokkal). Ennélfogva a szinkron generátor kimenő teljesítménye az alábbi ábrán látható.
Szeretne többet megtudni a szinkron generátorokról, és érdekel a tervezés elektronikai projektek ? Nyugodtan ossza meg véleményét, ötleteit, javaslatait, kérdéseit és megjegyzéseit az alábbi megjegyzés részben.
