Generatore sincrono: dispositivo, tipi e applicazioni

Un generatore sincrono è un dispositivo speciale attraverso il quale è possibile convertire qualsiasi energia in energia elettrica. Tali dispositivi sono stazioni mobili, batterie termiche o solari e apparecchiature speciali. A seconda del tipo di generatore, viene determinata la possibilità del suo utilizzo, quindi vale la pena capire più in dettaglio quale sia il dispositivo.

Alla fine del 19° secolo, l'azienda di Robert Bosch sviluppò per la prima volta qualcosa di simile a un generatore. Il dispositivo era in grado di accendere un motore. Durante i test, è stato rivelato che la macchina non è adatta per un uso permanente, ma gli sviluppatori sono stati in grado di migliorare l'apparato.

Nel 1890, l'azienda passò quasi completamente alla produzione di questa attrezzatura, poiché ottenne una grande popolarità. Nel 1902, uno studente di Bosch creò un'accensione usando l'alta tensione. Il dispositivo era in grado di produrre una scintilla tra i due elettrodi della candela, rendendo il sistema più versatile.

L'inizio degli anni '60 del XX secolo fu l'era della diffusione dei generatori in tutto il mondo. E se prima i dispositivi erano richiesti solo nell'industria automobilistica, ora tali unità sono in grado di fornire elettricità a intere case.

La progettazione di tali unità coinvolge solo due elementi principali:

• rotore;
• statore.

Il compito principale del generatore è convertire un tipo di energia in energia elettrica. Con il suo aiuto, è possibile fornire la quantità di corrente richiesta ai dispositivi dipendenti in modo che possano essere utilizzati.

Per valutare le prestazioni di un generatore, è necessario esaminare le sue caratteristiche. In linea di principio, sono gli stessi di una stazione che genera corrente continua. Diversi fattori sono i parametri principali della valutazione.

• Al minimo. Rappresenta la dipendenza dell'EMF dalla forza delle correnti in movimento responsabili dell'eccitazione della bobina dello smorzatore. Con il suo aiuto, è possibile determinare la capacità delle catene di magnetizzarsi.
• Caratteristica esterna. Implica una relazione parallela tra la tensione della bobina e la corrente di carico. Il valore dipende dal tipo di carico applicato al dispositivo. Tra i motivi che possono causare cambiamenti, c'è un aumento o una diminuzione dell'EMF dell'unità, nonché una caduta di tensione attraverso gli avvolgimenti della bobina installata, che è posizionata all'interno del dispositivo.
• Regolazione. Rappresenta la relazione che si instaura tra correnti di campo e correnti di carico. Il monitoraggio di questo indicatore consente di garantire l'operatività e la protezione delle unità sincrone. Questo è facile da ottenere se si regola costantemente l'EMF.

Non è così difficile capire come funziona il dispositivo. Consiste nel ruotare un telaio magnetico per creare un campo elettrico. Nel processo di rotazione del telaio, appaiono linee magnetiche che iniziano ad attraversare il suo contorno.L'incrocio contribuisce alla formazione di una corrente elettrica.

Per determinare dove si muovono i flussi di energia elettrica, è necessario utilizzare la regola del gimbal. Va notato che in alcune aree il movimento attuale è opposto. Le direzioni cambiano costantemente quando raggiungi il polo successivo, che si trova sul magnete. Questo fenomeno è chiamato corrente alternata e la connessione del telaio a un anello magnetico separato può dimostrare questa condizione.

La relazione tra l'entità della corrente nel telaio e la velocità di rotazione del rotore del sistema è proporzionale. Così, più il telaio ruota, più elettricità può fornire il generatore. Questo indicatore è caratterizzato dalla velocità di rotazione.

Secondo gli standard stabiliti, l'indicatore di velocità ottimale nella maggior parte dei paesi non deve superare i 50 Hz. Ciò significa che il rotore deve eseguire 50 vibrazioni al secondo. Per calcolare il parametro, è necessario concordare che una rotazione del telaio porta a un cambiamento nella direzione della corrente.

Se l'albero riesce a girare 1 volta al secondo, significa che la frequenza della corrente elettrica è di 1 Hz. Pertanto, per raggiungere i 50 Hz, sarà necessario garantire il corretto numero di rotazioni di frame al secondo.

La dipendenza in questo caso è inversamente proporzionale. Pertanto, per fornire una frequenza di 50 Hz, sarà necessario ridurre la velocità di circa 2 volte.

Inoltre, va notato che in alcuni paesi sono impostate altre velocità di rotazione del rotore. La frequenza standard è 60 Hz.

Oggi i produttori producono diversi tipi di generatori sincroni. Tra le classificazioni esistenti, molte meritano un'attenzione speciale. Prima di tutto, vale la pena considerare la divisione delle unità per design. I generatori sono di due tipi.

• Senza spazzole. Il design del generatore implica l'uso di avvolgimenti dello statore. Sono posizionati in modo che i nuclei degli elementi siano allineati con la direzione dei poli magnetici o dei nuclei forniti sulla bobina. Il numero massimo di denti del magnete non deve superare i 6 pezzi.

• Sincrono, dotato di induttore. Se stiamo parlando di macchine di regolazione che funzionano a bassa potenza, i magneti CC vengono utilizzati come rotore. Altrimenti, il rotore è l'avvolgimento dell'induttore.

La seguente classificazione implica la divisione delle stazioni mobili in tipi separati.

• Idrogeneratori. Una caratteristica distintiva del dispositivo è un rotore con poli pronunciati. Tali unità vengono utilizzate per generare elettricità dove non è necessario fornire un numero elevato di giri del dispositivo.

• Generatori a turbina. La differenza è l'assenza di poli pronunciati. Il dispositivo è assemblato da varie turbine, è in grado di aumentare più volte il numero di giri del rotore.

• Giunti di dilatazione sincroni. Viene utilizzato per ottenere potenza reattiva, un indicatore importante negli impianti industriali. Con il suo aiuto, è possibile migliorare la qualità della corrente fornita e stabilizzare gli indicatori di tensione.

Esistono diversi modelli comuni di tali dispositivi.

• passo passo. Sono utilizzati per garantire l'operatività delle unità installate in meccanismi che hanno un ciclo start-stop.

• Senza ingranaggi. Utilizzato principalmente in sistemi stand-alone.

• Senza contatto. Sono richiesti come stazioni mobili principali o di backup sulle navi.

• Isteresi. Tali generatori sono utilizzati per i contatori di tempo.

• induttore. Garantire il funzionamento degli impianti elettrici.

I primi sono dispositivi in ​​cui i poli sono chiaramente visibili. Si distinguono per una bassa velocità del rotore. La seconda categoria ha un rotore cilindrico nel suo design, che non ha poli sporgenti.

I generatori sincroni sono dispositivi progettati per la produzione di corrente alternata. Puoi incontrare tali dispositivi in ​​varie stazioni:

• atomico;
• termico;
• centrali idroelettriche.

E anche le unità vengono utilizzate attivamente nei sistemi di trasporto. Sono utilizzati in vari veicoli e sistemi navali. Il generatore sincrono è in grado di funzionare sia autonomamente, separatamente dalla rete elettrica, sia contemporaneamente ad essa. In questo caso è possibile collegare più unità contemporaneamente.

Il vantaggio delle stazioni di generazione CA è la capacità di fornire elettricità allo spazio assegnato. Comodo se l'oggetto si trova lontano dalla rete centrale. Pertanto, le unità sono richieste tra i proprietari di fattorie situate lontano dalla città negli insediamenti.

Quando si sceglie un generatore, è importante trovare un dispositivo adatto e affidabile in grado di fornire elettricità all'area assegnata. Per prima cosa devi decidere i parametri tecnici del dispositivo futuro. Gli esperti consigliano di prestare attenzione a:

• la massa del generatore;
• dimensioni del dispositivo;
• potenza;
• consumo di carburante;
• figura di rumore;
• durata del lavoro.

E anche un parametro importante è la capacità di organizzare il lavoro automatico. Per capire di quante fasi necessita un futuro generatore, è necessario determinare il tipo e il numero di apparecchi elettrici che verranno collegati ad esso.

Tuttavia, l'acquisto di una tale centrale elettrica mobile non è sempre la decisione migliore.

Prima dell'acquisto, si consiglia inoltre di tenere conto del carico che verrà esercitato sul dispositivo durante il suo funzionamento. Ogni fase deve essere caricata con un massimo del 30% del totale. Pertanto, se la potenza del generatore è di 6 kW, in caso di utilizzo di prese con una tensione di 220 V, sarà possibile utilizzare solo 2 kW.

L'acquisto di un generatore trifase è richiesto solo quando ci sono molti consumatori trifase in casa. Se la maggior parte degli elettrodomestici è monofase, è meglio acquistare un'unità appropriata.

Prima di avviare il generatore, è necessario prima regolarlo. Prima di tutto, regolano la frequenza del dispositivo. Questo può essere fatto in due modi:

1. modificare il design dell'unità, avendo previsto in anticipo quanti poli sono necessari per il funzionamento dell'elettromagnete;
2. fornire la velocità dell'albero richiesta senza modifiche progettuali.

Un esempio lampante sono le turbine a bassa velocità. Forniscono una rotazione del rotore di 150 giri/min. Per regolare la frequenza, utilizzare il primo metodo, aumentando il numero di poli a 40 pezzi.

Nonostante il fatto che l'EMF dell'induzione del dispositivo sia associato al rotore e alle sue rotazioni, a causa dei requisiti di sicurezza, è impossibile smontare la struttura per modificare il parametro.

Il valore EMF può essere modificato regolando il flusso magnetico generato. Dovrà essere aumentato o diminuito. Le spire dell'avvolgimento, o meglio, il loro numero, sono responsabili del valore dell'indicatore. E anche la potenza del flusso magnetico può essere influenzata dalla corrente generata dalla bobina.

La regolazione prevede l'inclusione di più bobine in una catena.Per fare ciò, è necessario utilizzare reostati o circuiti elettronici aggiuntivi. La seconda opzione richiede l'impostazione del parametro utilizzando stabilizzatori esterni. Ciò garantisce un servizio affidabile.

Il vantaggio di una stazione mobile sincrona è la capacità di sincronizzarsi con altre macchine elettriche di tipo simile. Allo stesso tempo, durante la connessione, è possibile abbinare le velocità di rotazione e garantire uno sfasamento nullo. A questo proposito, le centrali elettriche mobili sono richieste nell'ingegneria energetica industriale, dove è molto conveniente utilizzarle come fonte di alimentazione di backup per aumentare la capacità di produzione in caso di carichi pesanti.

Vedi sotto per il generatore sincrono e asincrono.