גֵנֵרָטוֹר- מכשיר הממיר אנרגיה סוגים שוניםלחשמל. גנרטורים מייצרים חַשְׁמַל. דוגמאות לגנרטורים: תאים גלווניים, מכונות אלקטרוסטטיות, פנלים סולארייםוכו' בהתאם למאפיינים, נעשה שימוש בגנרטורים סוגים שונים.

לדוגמה, באמצעות מכונות אלקטרוסטטיות, אתה יכול ליצור מתח גבוה מאוד, אבל הזרם יהיה קטן מאוד. ובעזרת תאים גלווניים אתה יכול ליצור חוזק זרם מקובל, אבל הם יכולים לעבוד רק לזמן קצר.

מבנה הגנרטור

שקול גנרטור אלקטרומכני אינדוקציה זרם חליפין. ישנם גנרטורים רבים מסוג זה, אך לכל אחד מהם חלקים בסיסיים משותפים.

• קבוע או אלקטרומגנט. זה יוצר שדה מגנטי.
• מִתפַּתֵל. נגרמת בו emf לסירוגין.

משרעת ה-EMF נגרמת בכל סיבוב של הפיתול. מכיוון שהסיבובים מחוברים בסדרה, ערכי ה-EMF יסתכמו. ה-EMF במסגרת יהיה פרופורציונלי למספר הסיבובים בפיתול. בשביל לקבל בחשיבות נהדרתשטף מגנטי בגנראטורים עשוי ממערכת מיוחדת של שתי ליבות.

בחריצים של ליבה אחת יש פיתולים היוצרים שדה מגנטי, ובחריצים של השנייה פיתולים שבהם מושרה emf. אחת הליבות מסתובבת, היא נקראת רוטור. השני הוא נייח ונקרא סטטור. הם מנסים להפוך את הפער בין הליבות קטן ככל האפשר על מנת להגדיל את השטף של וקטור האינדוקציה המגנטי.

האיור מציג דגם של גנרטור פשוט.

עקרון הפעולה של הגנרטור

בגנרטור, שהדגם שלו מוצג באיור, נוצר שדה מגנטי מגנט קבוע, ומסגרת החוט מסתובבת בתוכה. באופן עקרוני, ניתן להשאיר את המסגרת נייחת ולסובב את המגנט. מ שום דבר לא ישתנה.

זה בדיוק מה שעושים בגנרטורים תעשייתיים. האלקטרומגנט מסתובב, והפיתולים שבהם מופיע ה-EMF נשארים ללא תנועה. זאת בשל העובדה שכדי לספק זרם לרוטור או להסיר אותו מפיתולי הרוטור, יש צורך להשתמש במגעי הזזה. למטרה זו משתמשים במברשות וטבעות החלקה. חוזק הזרם שיגרום לסיבוב של הרוטור הוא הרבה פחות מזה שאנו מסירים מהפיתולים.

לכן, נוח יותר לספק זרם לרוטור ולהסיר זרם מהסטטור. במחוללי הספק נמוך, ליצור שדה מגנטיהם משתמשים במגנט קבוע מסתובב, אז אין צורך לספק זרם לרוטור בכלל. ואתה לא צריך להשתמש במברשות וטבעות.

כאשר הרוטור מסתובב, מופיע emf בפיתולי הסטטור. זה קורה בגלל שמתרחשת מערבולת שדה חשמלי. גנרטורים מודרניים הם מכונות גדולות מאוד. יתר על כן, עם מידות כאלה (מספר מטרים), חלק מהחלקים הפנימיים החשובים ביותר מיוצרים בדיוק מילימטר.

רוֹבּוֹטרִיקִים

גנרטורים הממוקמים בתחנות כוח מייצרים EMF חזק מאוד. בפועל, לעתים נדירות יש צורך במתח כזה. לכן יש להמיר מתח כזה.

מכשירים הנקראים שנאים משמשים להמרת מתח. רובוטריקים יכולים להגדיל את המתח או להקטין אותו. ישנם גם שנאים מייצבים שאינם מעלים או מורידים את המתח.

שקול את עיצוב השנאי באיור הבא.

סמל שנאי:

תכנון ותפעול שנאי

השנאי מורכב משני סלילים עם פיתולי תיל. סלילים אלה מונחים על ליבת פלדה. הליבה אינה מונוליטית, אלא מורכבת מצלחות דקות.

אחד הפיתולים נקרא ראשוני. מתח החילופין שמגיע מהגנרטור ושצריך להמיר מחובר לפיתול הזה. הפיתול השני נקרא פיתול משני. עומס מחובר אליו. עומס הוא כל המכשירים והמכשירים שצורכים אנרגיה.

האיור הבא מציג סֵמֶלשַׁנַאי.

תְמוּנָה

פעולתו של שנאי מבוססת על התופעה השראות אלקטרומגנטית. כאשר זרם חילופין עובר דרך הפיתול הראשוני, נוצר שטף מגנטי לסירוגין בליבה. ומכיוון שהליבה נפוצה, השטף המגנטי משרה זרם בסליל השני.

לפיתול הראשוני של השנאי יש N 1 סיבובים, סך ה-emf המושרה שלו שווה ל-e 1 = N 1 e, כאשר e הוא הערך המיידי של ה-emf המושרה בכל הסיבובים. e זהה לכל הסיבובים של שני הסלילים.

לפיתול המשני יש N 2 סיבובים. EMF e 2 = N 2 e מושרה בו.

לכן: e 1 / e 2 = N 1 / N 2.

אנו מזניחים את ההתנגדות המתפתלת. כתוצאה מכך, ערכי ה-emf והמתח המושרים יהיו שווים בערך בגודלם: |u 1 |≈|e 1 |.

כאשר מעגל הפיתול המשני פתוח, לא זורם בו זרם, לכן: |u 2 |=|e 2 |.

ערכים מיידיים של EMF e 1, e 2 מתנודדים בשלב אחד. ניתן להחליף את היחס שלהם ביחס של ערכי ה-emf האפקטיבי: E 1 ו-E 2. ואנחנו מחליפים את היחס בין ערכי המתח המיידיים בערכי מתח אפקטיביים. אנחנו מקבלים:

E 1 /E 2 ≈U 1 /U 2 ≈N 1 / N 2 = K

K – מקדם טרנספורמציה. בְּ K>0השנאי מגביר את המתח כאשר ק<0 - השנאי מפחית את המתח. אם עומס מחובר לקצוות הפיתול המשני, יופיע זרם חילופין במעגל השני, שיגרום להופעת שטף מגנטי נוסף בליבה.

שטף מגנטי זה יקטין את השינוי בשטף המגנטי של הליבה. ל עמוסשנאי, הנוסחה הבאה תהיה תקפה: U 1 /U 2 ≈ I 2 /I 1.

כלומר, כאשר המתח עולה פי כמה, נפחית את הזרם באותה כמות.

היום כולנו מכירים גנרטורים חשמליים ביתיים. בהתאם לדלק הנצרך, ייעוד וסוג המנוע בו נעשה שימוש, אלו יכולים להיות בנזין, גז, דיזל ואפילו גנרטורים חשמליים לרוח. המכשירים הללו הפכו לחלק מחיינו, ואנו רגילים להשתמש בהם בשטח הכפרי ובטיולי קמפינג, באתרי בנייה ובמוסך. סוגים רבים של גנרטורים חשמליים ומוצרי חשמל עושים עבורנו את העבודה. גנרטורים חשמליים ניידים מובנים בפנסים, פאנלים סולאריים מפעילים מכשירים וחיישנים מרוחקים, לווייני חלל וציוד טיפוס הרים. אבל זה לא תמיד היה כך. תחילת המאה ה-19 פרצה בשורה שלמה של תגליות הקשורות לחשמל ומגנטיות.

לאחר הגילוי והלימוד של האינדוקציה האלקטרומגנטית והחישובים שבוצעו, התברר שניתן ליצור גנרטור חשמלי שיוכל להמיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. כדי להשיג זרם בסליל תיל סגור, יש צורך לשנות את שטף האינדוקציה העובר דרכו. זה יכול להיעשות בשתי דרכים: או להזיז את המגנט ביחס לסליל החוט, או להזיז את סליל החוט ביחס למגנט.

מחולל הזרם החשמלי המגנטי הראשון תוצרת בית, שנבנה בשנת 1832, היה התקנה פשוטה מאוד. תסתכל על הציור שלו: אתה רואה שה-EMF בפיתולי הסלילים שלו התרגש מסיבוב של מגנט פרסה. הזרם שנוצר על ידי מכונה כזו לא היה כמו הזרם מתא גלווני - נראה שהוא ממהר מצד לצד, מדי פעם משנה את כיוונו. זרם זה נקרא מתחלף, בניגוד ל זרם ישר, המיוצר על ידי תא גלווני.

ההתקנה של גנרטור חשמלי אחר נראתה אחרת: מסגרת מוליך הסתובבה בין הקטבים הנייחים של מגנט. קצותיו חוברו לשתי טבעות על ציר הסיבוב של המסגרת, ומעגל חשמלי חובר לטבעות באמצעות מגעים הזזה. במגעי הטבעות, הופיעו "פלוס" או "מינוס", שפירושו יצירת משתנה EMF.

העובדה שהזרם מתחלף נחשבה לחיסרון והחלו לחפש דרך ליישר אותו. כדי לעשות זאת, הם פנו למה שנקרא מתג. במכונה השנייה, למשל, שני קצוות המסגרת חוברו לטבעת שנחצבה לשניים וכל חצי מבודד בשכבה של חומר לא מוליך. מגע הזזה אחד נגע רק בקצה המסגרת המסתובבת עליו היה "פלוס", והמגע השני נסגר על ה"מינוס". אבל למרות שהזרם במעגל הפך קבוע בכיוון, גודלו השתנה עם כל חצי סיבוב של המסגרת.

כדי למנוע שינויים פתאומיים בערך הנוכחי, מספר הפריימים הוגדל. הקצוות שלהם היו מחוברים לחלקים מנוגדים בקוטר של טבעת האספן החתוכה של הגנרטור החשמלי. הזרם ממחולל מגנטי כזה דומה יותר לקבוע, ככל שיש יותר מסגרות על התוף המסתובב - הרוטור (המגנטים הנייחים במכונה כזו נקראים סטטור).

גנרטורים חשמליים DC ו-AC דומים מאוד בעיצובם למנועים חשמליים. בנוסף, אם אתה מסובב את האבזור של מנוע חשמלי DC, הבדל פוטנציאלי מופיע על הפיתולים שלו - המנוע מתחיל לייצר זרם חשמלי, והופך לגנרטור חשמלי. עם זאת, מסיבות טכניות, מחוללי זרם חשמלי בנויים בצורה שונה במקצת מאשר מנועים חשמליים.

ניקח, למשל, גנרטור AC בתחנת כוח תרמית גדולה.

לסטטור שלו יש מתפתל בפנים, שבו נוצר זרם חשמלי. הרוטור הוא גליל בעל שני קטבים מגנטיים: צפון ודרום. אם ממגנטים את הרוטור על ידי העברת זרם ישר ממקור חיצוני לתוך פיתולי הקוטב, ואז מתחילים לסובב אותו, יופיע זרם חילופין בפיתול הסטטור.

גנרטור DC קטן נפרד משמש בדרך כלל כדי לעורר ולהפעיל את הרוטור. גנרטור חשמלי זה ממוקם ישירות על ציר הרוטור. ישנה אפשרות עיצוב נוספת - במקום מחולל מעורר, פועל מיישר זרם מוליכים למחצה. זה לוקח חלק לא משמעותי מהכוח של הגנרטור החשמלי עצמו, מתקן את זרם החילופין, ועם הזרם המתקבל מניע את פיתול הרוטור.

ארצנו אימצה תקן תדר זרם חילופין של 50 מחזורים לשנייה - 50 הרץ. המשמעות היא שתוך שנייה הזרם חייב לזרום 50 פעמים בכיוון אחד ו-50 פעמים בכיוון השני. בהתאם לכך, על הרוטור לבצע בדיוק 50 סיבובים לשנייה, או 3000 סיבובים לדקה. גנרטורים חשמליים של תחנות תרמיות פועלים במהירות זו: הם מונעים על ידי יחידות טורבינות גז שתוכננו במיוחד למהירות זו.

זה קורה לעתים קרובות כמו גנרטור חשמלי בתחנת כוח תרמית, שבה מהירות הסיבוב של יחידת טורבינת הגז היא 3000 סל"ד. לפיכך, התדירות של 50 תקופות נשמרת כאן.

פשוט על המתחם – גנרטורים חשמליים לייצור חשמל

• גלריית תמונות, תמונות, צילומים.
• גנרטורים חשמליים - יסודות, הזדמנויות, סיכויים, פיתוח.
• עובדות מעניינות, מידע שימושי.
• חדשות ירוקות - גנרטורים חשמליים.
• קישורים לחומרים ומקורות - גנרטורים חשמליים לייצור חשמל.

>> דור אנרגיה חשמלית

פרק 5. ייצור, שידור ושימוש באנרגיה חשמלית

אנרגיה חשמליתיש יתרונות שאין להכחישו על פני כל סוגי האנרגיה האחרים. זה יכול להיות משודר באמצעות חוט למרחקים עצומים עם הפסדים נמוכים יחסית ומופץ בנוחות בין הצרכנים. העיקר שהאנרגיה הזו עם העזרה מספיקה מכשירים פשוטיםקל להפוך לכל צורה אחרת: מכנית, פנימית (חימום של גופים), אנרגיית אור וכו'.

לזרם חילופין, בניגוד לזרם ישר, יש יתרון שניתן להמיר (להמיר) מתח וזרם בטווח רחב מאוד כמעט ללא איבוד אנרגיה. טרנספורמציות כאלה נחוצות במכשירי חשמל ורדיו רבים. אבל טרנספורמציה של מתח וזרם נחוצה במיוחד בעת העברת חשמל למרחקים ארוכים.

§ 37 ייצור אנרגיה חשמלית

זרם חשמלי נוצר ב גנרטורים- מכשירים הממירים אנרגיה מסוג זה או אחר לאנרגיה חשמלית. גנרטורים כוללים תאים גלווניים, מכונות אלקטרוסטטיות, תרמופילים 1, פאנלים סולאריים וכו'. האפשרויות ליצור סוגים חדשים ביסודו של גנרטורים נבדקות.

1 תרמופילים משתמשים בתכונה של שני מגעים מחומרים לא דומים כדי ליצור EMF עקב הפרש הטמפרטורה בין המגעים.

לדוגמה, מה שנקרא תאי דלק, שבו האנרגיה המשתחררת כתוצאה מתגובת מימן עם חמצן מומרת ישירות לחשמל.

היקף היישום של כל אחד מסוגי מחוללי החשמל המפורטים נקבע לפי המאפיינים שלהם. לפיכך, מכונות אלקטרוסטטיות יוצרות הפרש פוטנציאל גבוה, אך אינן מסוגלות ליצור מתח משמעותי כלשהו במעגל. אמפר. תאים גלווניים יכולים לייצר זרם גדול, אך משך הפעולה שלהם קצר.

את התפקיד העיקרי בזמננו ממלאים מחוללי זרם חילופין אינדוקציה אלקטרומכנית. בגנרטורים אלה, אנרגיה מכנית מומרת לאנרגיה חשמלית. פעולתם מבוססת על תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית. גנרטורים כאלה הם בעלי עיצוב פשוט יחסית ומאפשרים להשיג זרמים גדולים במתח גבוה מספיק.

בעתיד, כשמדברים על גנרטורים, נתכוון לגנראטורים אלקטרו-מכאניים אינדוקציה.

אַלְטֶרְנָטוֹר.עקרון הפעולה של מחולל זרם חילופין כבר נדון בסעיף 31.

ישנם סוגים רבים ושונים של גנרטורים אינדוקציה זמינים כיום. אבל כולם מורכבים מאותם חלקים בסיסיים. זהו, ראשית, אלקטרומגנט או מגנט קבוע שיוצר שדה מגנטי, ושנית, פיתול שבו מושרה EMF מתחלף (בדגם הגנרטור הנחשב מדובר על מסגרת מסתובבת). מכיוון שה-emf המושרה בפניות המחוברות בסדרה מסתכמת, משרעת ה-emf הַשׁרָאָהבמסגרת הוא פרופורציונלי למספר הסיבובים שלו. זה גם פרופורציונלי לאמפליטודה של השטף המגנטי המתחלף (Ф m = BS) בכל סיבוב (ראה סעיף 31).

כדי להשיג שטף מגנטי גדול, גנרטורים משתמשים במערכת מגנטית מיוחדת המורכבת משתי ליבות עשויות פלדה חשמלית. פיתולים היוצרים שדה מגנטי

ממוקמים בחריצים של אחת הליבות, והפיתולים שבהם מושרה ה-EMF נמצאים בחריצים של השנייה. אחת הליבות (בדרך כלל פנימית) יחד עם הפיתול מסתובבת סביב ציר אופקי או אנכי. לכן זה נקרא רוטור. הליבה הנייחת עם סלילה נקראת הסטטור. הפער בין ליבות הסטטור והרוטור נעשה קטן ככל האפשר כדי להגדיל את השטף של וקטור האינדוקציה המגנטי.

בדגם הגנרטור המוצג באיור 5.1 מסתובבת מסגרת תיל שהיא רוטור (ללא ליבת ברזל). שדה מגנטייוצר מגנט קבוע נייח. כמובן, אתה יכול לעשות את ההפך: לסובב את המגנט ולהשאיר את המסגרת ללא תנועה.

בגדול גנרטורים תעשייתייםהאלקטרומגנט, שהוא הרוטור, הוא שמסתובב, והפיתולים שבהם מושרה ה-EMF מונחות בבסיס הסטטור ונותרות ללא תנועה. העובדה היא כי יש לספק זרם לרוטור או להסיר מפיתול הרוטור למעגל חיצוני באמצעות מגעים הזזה. לשם כך, הרוטור מצויד בטבעות החלקה המחוברות לקצות הפיתול שלו (איור 5.2). לוחות קבועים - מברשות - נלחצות אל הטבעות ומחברות את פיתול הרוטור עם המעגל החיצוני. עוצמת הזרם בפיתולים של האלקטרומגנט היוצרים את השדה המגנטי היא משמעותית פחות כוחזרם המסופק על ידי הגנרטור למעגל החיצוני. לכן, נוח יותר להסיר את הזרם שנוצר מהפיתולים הנייחים, ודרך המגעים ההזזה לספק זרם חלש יחסית לאלקטרומגנט המסתובב. זרם זה נוצר על ידי מחולל זרם ישר נפרד (מעורר) הממוקם על אותו פיר.

בגנרטורים בעלי הספק נמוך, השדה המגנטי נוצר על ידי מגנט קבוע מסתובב. במקרה זה, אין צורך כלל בטבעות ובמברשות.

הופעת EMF בפיתולי הסטטור הנייחים מוסברת על ידי התרחשות של מערבולת בהם שדה חשמלי, שנוצר על ידי שינוי בשטף המגנטי כאשר הרוטור מסתובב.

תוכן השיעור הערות שיעורתמיכה בשיטות האצת מצגת שיעורי מסגרת טכנולוגיות אינטראקטיביות תרגול משימות ותרגילים סדנאות בדיקה עצמית, הדרכות, מקרים, קווסטים שאלות דיון שיעורי בית שאלות רטוריות של תלמידים איורים אודיו, וידאו קליפים ומולטימדיהתצלומים, תמונות, גרפיקה, טבלאות, דיאגרמות, הומור, אנקדוטות, בדיחות, קומיקס, משלים, אמרות, תשבצים, ציטוטים תוספות תקציריםמאמרים טריקים עבור עריסות סקרנים ספרי לימוד בסיסי ומילון נוסף של מונחים אחרים שיפור ספרי לימוד ושיעוריםתיקון שגיאות בספר הלימודעדכון קטע בספר לימוד, אלמנטים של חדשנות בשיעור, החלפת ידע מיושן בחדש רק למורים שיעורים מושלמיםתוכנית לוח שנה לשנה הנחיותתוכניות דיון שיעורים משולבים