Máy phát điện- thiết bị chuyển đổi năng lượng nhiều loại khác nhau sang điện. Máy phát điện sản xuất điện. Ví dụ về máy phát điện: tế bào điện, máy tĩnh điện, Tấm năng lượng mặt trời v.v... Tùy theo đặc điểm mà người ta sử dụng máy phát điện nhiều loại khác nhau.

Ví dụ, sử dụng máy tĩnh điện, bạn có thể tạo ra điện áp rất cao nhưng dòng điện sẽ rất nhỏ. Và với sự trợ giúp của tế bào điện, bạn có thể tạo ra cường độ dòng điện chấp nhận được, nhưng chúng chỉ có thể hoạt động trong một thời gian ngắn.

Cấu trúc máy phát điện

Hãy xem xét một máy phát điện cơ cảm ứng Dòng điện xoay chiều. Có rất nhiều máy phát điện loại này, nhưng mỗi loại đều có những bộ phận cơ bản chung.

• Nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện. Nó tạo ra một từ trường.
• Quanh co. Một emf xen kẽ được tạo ra trong đó.

Biên độ của EMF được tạo ra trong mỗi vòng dây quấn. Vì các vòng được kết nối nối tiếp nên các giá trị EMF sẽ cộng lại. EMF trong khung sẽ tỷ lệ thuận với số vòng dây trong cuộn dây. Để có được có tầm quan trọng rất lớn Từ thông trong máy phát điện được tạo ra từ một hệ thống đặc biệt gồm hai lõi.

Trong các rãnh của một lõi có các cuộn dây tạo ra từ trường, và trong các rãnh của lõi kia có các cuộn dây tạo ra lực điện động. Một trong các lõi quay, nó được gọi là rôto. Cái thứ hai đứng yên và được gọi là stato. Họ cố gắng làm cho khoảng cách giữa các lõi càng nhỏ càng tốt để tăng thông lượng của vectơ cảm ứng từ.

Hình vẽ cho thấy một mô hình của một máy phát điện đơn giản.

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện

Trong máy phát điện, mô hình được thể hiện trong hình, một từ trường được tạo ra Nam châm vĩnh cửu, và khung dây quay bên trong nó. Về nguyên tắc, bạn có thể để khung cố định và xoay nam châm. Từ sẽ không có gì thay đổi.

Đây chính xác là những gì được thực hiện trong máy phát điện công nghiệp. Nam châm điện quay và cuộn dây trong đó xuất hiện EMF vẫn đứng yên. Điều này là do để cung cấp dòng điện cho rôto hoặc tháo nó ra khỏi cuộn dây rôto, cần phải sử dụng các tiếp điểm trượt. Bàn chải và vòng trượt được sử dụng cho mục đích này. Cường độ dòng điện sẽ làm cho rôto quay nhỏ hơn nhiều so với cường độ dòng điện mà chúng ta loại bỏ khỏi cuộn dây.

Vì vậy, sẽ thuận tiện hơn khi cung cấp dòng điện cho rôto và loại bỏ dòng điện khỏi stato. Trong máy phát điện công suất thấp, để tạo ra từ trường Họ sử dụng một nam châm vĩnh cửu quay, do đó không cần thiết phải cung cấp dòng điện cho rôto. Và không cần phải sử dụng bàn chải và vòng.

Khi rôto quay, lực điện động xuất hiện trong cuộn dây stato. Điều này xảy ra vì một cơn lốc xảy ra điện trường. Máy phát điện hiện đại là những cỗ máy rất lớn. Hơn nữa, với kích thước như vậy (vài mét), một số bộ phận bên trong quan trọng nhất được sản xuất với độ chính xác đến từng milimet.

Máy biến áp

Máy phát điện đặt tại các nhà máy điện tạo ra EMF rất mạnh. Trong thực tế, sự căng thẳng như vậy hiếm khi cần thiết. Vì vậy, điện áp như vậy phải được chuyển đổi.

Thiết bị gọi là máy biến áp được sử dụng để chuyển đổi điện áp. Máy biến áp có thể tăng hoặc giảm điện áp. Ngoài ra còn có máy biến áp ổn định không tăng hoặc giảm điện áp.

Hãy xem xét thiết kế máy biến áp trong hình dưới đây.

Ký hiệu máy biến áp:

Thiết kế và vận hành máy biến áp

Máy biến áp bao gồm hai cuộn dây với cuộn dây. Những cuộn dây này được đặt trên lõi thép. Lõi không phải nguyên khối mà được ghép từ các tấm mỏng.

Một trong những cuộn dây được gọi là sơ cấp. Điện áp xoay chiều từ máy phát điện cần được chuyển đổi sẽ được nối với cuộn dây này. Cuộn dây còn lại gọi là cuộn thứ cấp. Một tải được kết nối với nó. Tải là tất cả các thiết bị và thiết bị tiêu thụ năng lượng.

Hình sau đây cho thấy biểu tượng máy biến áp.

hình ảnh

Hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi dòng điện xoay chiều đi qua cuộn sơ cấp sẽ tạo ra từ thông xoay chiều trong lõi. Và vì lõi là chung nên từ thông tạo ra dòng điện trong cuộn dây kia.

Cuộn sơ cấp của máy biến áp có N 1 vòng, tổng sức điện động cảm ứng của nó bằng e 1 = N 1 e, trong đó e là giá trị tức thời của suất điện động cảm ứng trong tất cả các vòng dây. e bằng nhau đối với tất cả các vòng dây của cả hai cuộn dây.

Cuộn thứ cấp có N 2 vòng. EMF e 2 = N 2 e được cảm ứng trong đó.

Do đó: e 1 / e 2 = N 1 / N 2.

Chúng ta bỏ qua điện trở cuộn dây. Do đó, các giá trị của emf cảm ứng và điện áp sẽ có độ lớn xấp xỉ bằng nhau: |u 1 |≈|e 1 |.

Khi mạch cuộn thứ cấp hở thì không có dòng điện chạy qua nên: |u 2 |=|e 2 |.

Các giá trị tức thời của EMF e 1, e 2 dao động cùng pha. Tỷ lệ của chúng có thể được thay thế bằng tỷ lệ của các giá trị của emf hiệu dụng: E ​​1 và E 2 . Và chúng ta thay tỉ số giữa giá trị điện áp tức thời bằng giá trị điện áp hiệu dụng. Chúng tôi nhận được:

E 1 /E 2 ≈U 1 /U 2 ≈N 1 / N 2 = K

K – hệ số biến đổi. Tại K>0 máy biến áp tăng điện áp khi K<0 - máy biến áp làm giảm điện áp. Nếu nối tải vào hai đầu cuộn thứ cấp, một dòng điện xoay chiều sẽ xuất hiện trong mạch thứ hai, điều này sẽ làm xuất hiện một từ thông khác trong lõi.

Từ thông này sẽ làm giảm sự thay đổi từ thông lõi. Vì nạp vào máy biến áp, công thức sau đây sẽ hợp lệ: U 1 /U 2 ≈ I 2 /I 1.

Tức là khi điện áp tăng lên vài lần thì chúng ta sẽ giảm dòng điện một lượng như nhau.

Ngày nay chúng ta đều quen thuộc với máy phát điện gia dụng. Tùy thuộc vào nhiên liệu tiêu thụ, mục đích và loại động cơ được sử dụng, đây có thể là máy phát điện chạy xăng, gas, diesel và thậm chí cả gió. Những thiết bị này đã trở thành một phần trong cuộc sống của chúng ta và chúng ta đã quen với việc sử dụng chúng ở vùng nông thôn, trong các chuyến cắm trại, tại các công trường xây dựng và trong gara. Nhiều loại máy phát điện và thiết bị điện làm việc cho chúng ta. Máy phát điện cầm tay được tích hợp vào đèn pin, tấm pin mặt trời cung cấp năng lượng cho các thiết bị và cảm biến từ xa, vệ tinh không gian và thiết bị leo núi. Nhưng nó không phải lúc nào cũng như vậy. Đầu thế kỷ 19 bùng nổ với hàng loạt khám phá liên quan đến điện và từ.

Sau khi khám phá và nghiên cứu về cảm ứng điện từ và các tính toán được thực hiện, người ta thấy rõ rằng có thể tạo ra một máy phát điện có thể chuyển đổi cơ năng thành năng lượng điện. Để có được dòng điện trong một cuộn dây kín, cần phải thay đổi từ thông cảm ứng đi qua nó. Điều này có thể được thực hiện theo hai cách: di chuyển nam châm so với cuộn dây hoặc di chuyển cuộn dây so với nam châm.

Máy phát điện từ tự chế đầu tiên được chế tạo vào năm 1832, được lắp đặt rất đơn giản. Hãy nhìn vào bản vẽ của anh ấy: bạn thấy rằng EMF trong cuộn dây của anh ấy bị kích thích bởi sự quay của một nam châm hình móng ngựa. Dòng điện được tạo ra bởi một cỗ máy như vậy không giống như dòng điện từ một tế bào điện - nó dường như chạy từ bên này sang bên kia, thỉnh thoảng thay đổi hướng. Dòng điện này được gọi là xoay chiều, trái ngược với dòng điện một chiềuđược tạo ra bởi một tế bào điện.

Việc lắp đặt một máy phát điện khác trông khác hẳn: một khung dây dẫn quay giữa các cực cố định của nam châm. Các đầu của nó được nối với hai vòng trên trục quay của khung và một mạch điện được nối với các vòng bằng các tiếp điểm trượt. Tại các điểm tiếp xúc của các vòng, xuất hiện “cộng” hoặc “trừ”, điều đó có nghĩa là tạo ra một biến EMF.

Việc dòng điện xoay chiều được coi là một bất lợi và họ bắt đầu tìm cách điều chỉnh nó. Để làm được điều này, họ đã dùng đến cái gọi là công tắc. Ví dụ, ở chiếc máy thứ hai, cả hai đầu của khung được nối với một vòng, vòng này được cắt làm đôi và mỗi nửa được cách điện bằng một lớp chất không dẫn điện. Một tiếp điểm trượt chỉ chạm vào phần cuối của khung quay có dấu “cộng” và tiếp điểm thứ hai đóng ở điểm “trừ”. Nhưng mặc dù dòng điện trong mạch có hướng không đổi nhưng độ lớn của nó lại thay đổi sau mỗi nửa vòng quay của khung.

Để tránh những thay đổi đột ngột về giá trị hiện tại, số lượng khung hình đã được tăng lên. Đầu của chúng được nối với các phần đối diện theo đường kính của vòng thu cắt của máy phát điện. Dòng điện từ một máy phát từ như vậy càng giống với dòng không đổi thì càng có nhiều khung trên trống quay - rôto (nam châm đứng yên trong máy như vậy được gọi là stato).

Máy phát điện DC và AC có thiết kế rất giống với động cơ điện. Ngoài ra, nếu bạn quay phần ứng của động cơ điện một chiều, một sự khác biệt tiềm năng sẽ xuất hiện trên cuộn dây của nó - động cơ bắt đầu tạo ra dòng điện, trở thành một máy phát điện. Tuy nhiên, vì lý do kỹ thuật, máy tạo dòng điện được chế tạo hơi khác so với động cơ điện.

Hãy lấy ví dụ về một máy phát điện xoay chiều ở một nhà máy nhiệt điện lớn.

Stator của nó có một cuộn dây bên trong, trong đó xuất hiện dòng điện. Rôto là một hình trụ có hai cực từ: bắc và nam. Nếu bạn từ hóa rôto bằng cách truyền dòng điện một chiều từ nguồn bên ngoài vào cuộn dây cực, sau đó bắt đầu quay nó, dòng điện xoay chiều sẽ xuất hiện trong cuộn dây stato.

Một máy phát điện một chiều nhỏ riêng biệt thường được sử dụng để kích thích và vận hành rôto. Máy phát điện này được đặt trực tiếp trên trục rôto. Có một phương án thiết kế khác - thay vì máy phát kích thích, bộ chỉnh lưu dòng bán dẫn hoạt động. Nó chiếm một phần không đáng kể công suất của chính máy phát điện, điều chỉnh dòng điện xoay chiều và tạo ra dòng điện cung cấp năng lượng cho cuộn dây rôto.

Nước ta đã áp dụng chuẩn tần số dòng điện xoay chiều là 50 chu kỳ/giây - 50 Hz. Điều này có nghĩa là trong vòng một giây dòng điện phải chạy 50 lần theo một hướng và 50 lần theo hướng kia. Theo đó, rôto phải quay đúng 50 vòng/giây, tức 3000 vòng/phút. Máy phát điện của trạm nhiệt hoạt động ở tốc độ này: chúng được dẫn động bởi các bộ tuabin khí được thiết kế đặc biệt cho tốc độ này.

Điều này xảy ra thường xuyên như trong máy phát điện trong nhà máy nhiệt điện, nơi tốc độ quay của tổ máy tuabin khí là 3000 vòng/phút. Như vậy, tần suất 50 tiết được duy trì ở đây.

Đơn giản về sự phức tạp – Máy phát điện để sản xuất điện

• Thư viện hình ảnh, hình ảnh, hình ảnh.
• Máy phát điện - nguyên tắc cơ bản, cơ hội, triển vọng, phát triển.
• Sự thật thú vị, thông tin hữu ích.
• Tin tức xanh – Máy phát điện.
• Liên kết vật liệu và nguồn – Máy phát điện để sản xuất điện.

>>Thế hệ năng lượng điện

Chương 5. SẢN XUẤT, TRUYỀN THÔNG VÀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

Năng lượng điện có những lợi thế không thể phủ nhận so với tất cả các loại năng lượng khác. Nó có thể được truyền bằng dây qua khoảng cách rộng lớn với tổn thất tương đối thấp và được phân phối thuận tiện đến người tiêu dùng. Điều chính là năng lượng này với sự trợ giúp là đủ thiết bị đơn giản dễ dàng chuyển hóa thành bất kỳ dạng nào khác: cơ học, bên trong (làm nóng cơ thể), năng lượng ánh sáng, v.v.

Dòng điện xoay chiều, không giống như dòng điện một chiều, có ưu điểm là điện áp và dòng điện có thể biến đổi (biến đổi) trong phạm vi rất rộng mà hầu như không bị tổn thất năng lượng. Những biến đổi như vậy là cần thiết trong nhiều thiết bị kỹ thuật điện và vô tuyến. Nhưng sự biến đổi điện áp và dòng điện đặc biệt cần thiết khi truyền tải điện trên khoảng cách xa.

§ 37 PHÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG

Dòng điện được tạo ra trong máy phát điện- thiết bị chuyển đổi năng lượng loại này hay loại khác thành năng lượng điện. Máy phát điện bao gồm tế bào điện, máy tĩnh điện, nhiệt điện 1, tấm pin mặt trời, v.v. Khả năng tạo ra các loại máy phát điện mới về cơ bản đang được khám phá.

1 Thermopiles sử dụng đặc tính của hai tiếp điểm có vật liệu khác nhau để tạo ra lực điện động do chênh lệch nhiệt độ giữa các tiếp điểm.

Ví dụ, cái gọi là tế bào nhiên liệu, trong đó năng lượng được giải phóng do phản ứng của hydro với oxy được chuyển trực tiếp thành điện năng.

Phạm vi ứng dụng của từng loại máy phát điện được liệt kê được xác định bởi đặc điểm của chúng. Như vậy, máy tĩnh điện tạo ra hiệu điện thế cao nhưng không có khả năng tạo ra điện áp đáng kể nào trong mạch. cường độ dòng điện. Các tế bào điện có thể tạo ra dòng điện lớn nhưng thời gian hoạt động của chúng ngắn.

Vai trò chính trong thời đại chúng ta được thực hiện bởi các máy phát điện xoay chiều cảm ứng cơ điện. Trong các máy phát điện này, năng lượng cơ học được chuyển đổi thành năng lượng điện. Hành động của họ dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Những máy phát điện như vậy có thiết kế tương đối đơn giản và có thể thu được dòng điện lớn ở điện áp đủ cao.

Trong tương lai, khi nói về máy phát điện, chúng ta sẽ nói đến máy phát điện cơ cảm ứng.

Máy phát điện. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều đã được thảo luận ở phần § 31.

Hiện nay có rất nhiều loại máy phát điện cảm ứng khác nhau. Nhưng tất cả chúng đều bao gồm những phần cơ bản giống nhau. Thứ nhất, đây là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu tạo ra từ trường và thứ hai là cuộn dây trong đó tạo ra EMF xen kẽ (trong mô hình máy phát điện đang xem xét, đây là khung quay). Vì suất điện động sinh ra trong các vòng mắc nối tiếp cộng lại nên biên độ của suất điện động hướng dẫn trong khung tỉ lệ thuận với số vòng quay của nó. Nó cũng tỷ lệ thuận với biên độ của từ thông xen kẽ (Ф m = BS) qua mỗi vòng (xem § 31).

Để thu được từ thông lớn, máy phát điện sử dụng hệ thống từ tính đặc biệt gồm hai lõi làm bằng thép cách điện. Cuộn dây tạo ra từ trường

được đặt trong các khe của một trong các lõi và cuộn dây tạo ra EMF nằm trong các khe của lõi kia. Một trong các lõi (thường là bên trong) cùng với cuộn dây quay quanh trục ngang hoặc trục dọc. Đó là lý do tại sao nó được gọi là rôto. Lõi cố định có cuộn dây gọi là stato. Khe hở giữa lõi stato và rôto được làm càng nhỏ càng tốt để tăng từ thông của vectơ cảm ứng từ.

Trong mô hình máy phát điện ở hình 5.1 có một khung dây quay, đó là một rôto (không có lõi sắt). Một từ trường tạo ra một nam châm vĩnh cửu đứng yên. Tất nhiên, bạn có thể làm ngược lại: xoay nam châm và để khung bất động.

lớn máy phát điện công nghiệpĐó là nam châm điện, tức là rôto, quay và các cuộn dây tạo ra EMF được đặt trong đế stato và không chuyển động. Thực tế là dòng điện phải được cung cấp cho rôto hoặc loại bỏ khỏi cuộn dây rôto ra mạch điện bên ngoài bằng cách sử dụng các tiếp điểm trượt. Để làm được điều này, rôto được trang bị các vòng trượt gắn vào hai đầu cuộn dây của nó (Hình 5.2). Các tấm cố định - chổi than - được ép vào các vòng và nối cuộn dây rôto với mạch điện bên ngoài. Cường độ dòng điện trong cuộn dây của nam châm điện tạo ra từ trường tăng lên đáng kể ít sức mạnh hơn dòng điện do máy phát cung cấp ra mạch ngoài. Do đó, sẽ thuận tiện hơn khi loại bỏ dòng điện tạo ra khỏi cuộn dây cố định và thông qua các tiếp điểm trượt để cung cấp dòng điện tương đối yếu cho nam châm điện quay. Dòng điện này được tạo ra bởi một máy phát điện một chiều (máy kích thích) riêng biệt đặt trên cùng một trục.

Trong các máy phát điện công suất thấp, từ trường được tạo ra bởi một nam châm vĩnh cửu quay. Trong trường hợp này, vòng và bàn chải hoàn toàn không cần thiết.

Sự xuất hiện của EMF trong cuộn dây stato đứng yên được giải thích là do sự xuất hiện của dòng xoáy trong chúng điện trường, được tạo ra bởi sự thay đổi từ thông khi rôto quay.

Nội dung bài học ghi chú bài học hỗ trợ phương pháp tăng tốc trình bày bài học khung công nghệ tương tác Luyện tập nhiệm vụ và bài tập tự kiểm tra hội thảo, đào tạo, tình huống, nhiệm vụ bài tập về nhà thảo luận câu hỏi câu hỏi tu từ của học sinh Minh họa âm thanh, video clip và đa phương tiện hình ảnh, hình ảnh, đồ họa, bảng biểu, sơ đồ, hài hước, giai thoại, truyện cười, truyện tranh, ngụ ngôn, câu nói, ô chữ, trích dẫn Tiện ích bổ sung tóm tắt bài viết thủ thuật cho trẻ tò mò sách giáo khoa từ điển cơ bản và bổ sung các thuật ngữ khác Cải thiện sách giáo khoa và bài họcsửa lỗi trong sách giáo khoa cập nhật một đoạn trong sách giáo khoa, những yếu tố đổi mới trong bài, thay thế kiến ​​thức cũ bằng kiến ​​thức mới Chỉ dành cho giáo viên bài học hoàn hảo kế hoạch lịch trong năm hướng dẫn chương trình thảo luận Bài học tích hợp