Электрогенератор. Электродвигатель. Применение их в технике и технологиях.

Электрическая машина— это электромеханический преобразователь энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Лоренца, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.

В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора, на маломощных двигателях постоянного тока, очень часто используются постоянные магниты.

Ротор может быть:

— короткозамкнутым

— фазным (с обмоткой).

Если электрическая энергия преобразуется в механическую работу и тепло, тогда электрическая машина является электрическим двигателем; когда механическая работа преобразуется в электрическую энергию и тепло, тогда электрическая машина является электрическим генератором.

Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

Электрогенератор – электротехническое устройство, вырабатывающее электрическую энергию, предназначенное для обеспечения автономной и бесперебойной работы различных электроприборов в случае возникновения проблем с электроснабжением либо его отсутствия.

Генераторы классифицируют в соответствии с различными критериями, наиболее важными из которых являются тип используемого топлива, количество фаз и мощность.

В зависимости от вида используемого топлива, различают дизельные, бензиновые и газовые генераторы. Каждый из этих типов различается своими техническими характеристиками и предназначением, а также преимуществами и недостатками. Генераторы с бензиновым приводом характеризуются компактными габаритами, небольшим весом и простотой эксплуатации. В основном, маломощная бензиновая электростанция используются для резервного обеспечения частных домовладений, дач и коттеджей. Их главные недостатки – невысокий моторесурс (до 3000 моточасов) и высокая себестоимость вырабатываемой электроэнергии. Дизельный электрогенератор отличается продолжительным моторесурсом, широким диапазоном мощности (от 15 до 350 кВт и более), высокой надежностью. Используется как для обеспечения электрическим током участков, в которых затруднена прокладка энергосетей, так и для аварийного электроснабжения бытовых и промышленных объектов. Среди недостатков данного класса электрогенераторов стоит отметить значительные габариты, высокий уровень вибрации и шума при работе. Газовый электрогенератор применяется на промышленных предприятиях различных отраслей, в частных домовладениях, выставочных и торговых павильонах. Характеризуется простотой в эксплуатации и обслуживании, высокой экологичностью, дешевизной потребляемого топлива. Существенным недостатком газовых генераторов является их высокая стоимость.

В зависимости от количества фаз, различают однофазные и трехфазные генераторы. Однофазные силовые установки генераторы на 220 В используются для энергоснабжения электроприборов с 1-фазным питанием. Трехфазные генераторы на 220 и 380 В применяются для снабжения электрической энергией домов и промышленных объектов с 3-фазной разводкой сети, 1- и 3-фазных приборов.

Также генераторы различаются по мощности вырабатываемой электроэнергии. В их технических характеристиках зачастую указывается максимальная выходная мощность (кВА). Стоит помнить, что этот параметр предусматривается лишь для краткосрочной работы устройства – от нескольких секунд до нескольких минут. Номинальная мощность (кВт) значительно ниже и определятся при помощи анализа суммарной мощности потребителей энергии, одновременно подключенных к устройству. Типы нагрузок электроприборов классифицируются на активную (преобразование потребляемой энергии в тепло) и реактивную (небольшая часть энергии затрачивается на образование электромагнитных полей, основная часть – на выработку тепла). Некоторые электроприборы реактивной нагрузки отличаются высоким показателем пусковых токов, поэтому в момент подключения потребляют значительно больше энергии, чем в процессе работы. Поэтому при выборе того или иного генератора следует предусмотреть запас мощности в 20-30% с целью обеспечения безопасного функционирования всех подключенных к нему энергопотребителей.

В зависимости от класса исполнения все электрогенераторы делятся на два типа: стационарные и портативные. Первые характеризуются наличием радиаторного охлаждения (жидкостное охлаждение с использованием антифриза), а их мощность может достигать 2400 кВт. Вторые для работы используют двигатели с воздушным охлаждением, а мощность колеблется от 0,5 до 30 кВт – это исключительно бытовой прибор, для крупных объектов он не подойдет.

Существуют классификации электрогенераторов по другим признакам: по характеру тока (электрогенератор постоянного и переменного тока), по типу двигателя (электрогенератор с гидравлическим, газотурбинным или дизельным двигателем). Существуют также ветровые, водяные и электрогенераторы на солнечных батареях. 

Любой электрогенератор, за исключением двигателя внутреннего сгорания, состоит из генератора переменного тока.

Основные виды электрогенераторов:
1. Электрический
2. Электромеханический
3. Электрохимический
4. Фотоэлектрический
5. Термоэлектрический
6. Магнитогидродинамический
7. Биологический

Электрогенераторы характеризуются высокой степенью универсальности использования, поэтому находят широкое применение в различных сферах деятельности. Генераторные установки используются для электропитания строительного, дорожно-ремонтного оборудования и пневмоинструмента, энергоснабжения больниц, магазинов, образовательных учреждений, административных зданий. Помимо этого, электрогенераторы незаменимы для организации временного освещения в выставочных комплексах, концертных залах, других объектах городской инфраструктуры.

Сегодня электрогенераторы используются на самых разных объектах. Например, генераторы могут быть востребованы:

• На производственных и строительных объектах для увеличения мощности основных источников;
• В банках или больницах в качестве резервного источника питания для увеличения мощности оборудования, или на случай отключения электричества;
• В частных домах и коттеджах (как в одиночных, так и в целых поселках), в качестве аварийного источника электроснабжения;
• Спасательными службами для экстренного обеспечения электроэнергией в случае любых чрезвычайных происшествий;
• На мероприятиях, проводимых вдали от источников энергии и нуждающихся в мощном электроснабжении, например, на концертах или спортивных событиях.

Для решения каждой из поставленных задач необходимы различные модели электрогенераторов, которые отличаются друг от друга типом двигателя, мощностью и наличием дополнительных опций.

Электрический двигатель — это электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла.

По принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на гистерезисные и магнитоэлектрические. У двигателей первой группы вращающей момент создается вследствие гистерезиса при перемагничивании ротора. Данные двигатели не являются традиционными и не широко распространены в промышленности.

Наиболее распространены магнитоэлектрические двигатели, которые по типу потребляемой энергии подразделяется на две большие группы — на двигатели постоянного тока идвигатели переменного тока (также существуют универсальные двигатели, которые могут питаться обоими видами тока).

Двигатель постоянного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током. Данная группа двигателей в свою очередь по наличию щёточно-коллекторного узла подразделяется на:

1.    коллекторные двигатели;

2.    бесколлекторные двигатели.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепей вращающейся и неподвижной части машины и является наиболее ненадежным и сложным в обслуживании конструктивным элементом.

По типу возбуждения коллекторные двигатели можно разделить на:

1.    двигатели с независимым возбуждением от электромагнитов и постоянных магнитов;

2.    двигатели с самовозбуждением .

Двигатели с самовозбуждением делятся на:

1.    Двигатели с параллельным возбуждением;(обмотка якоря включается параллельно обмотке возбуждения)

2.    Двигатели последовательного возбуждения;(обмотка якоря включается последовательно обмотке возбуждения)

3.    Двигатели смешанного возбуждения.(обмотка возбуждения включается частично последовательно частично параллельно обмотке якоря)

Бесколлекторные двигатели (вентильные двигатели) — электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора, системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора). Принцип работы данных двигателей аналогичен принципу работы синхронных двигателей.

Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током. По принципу работы эти двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. Принципиальное различие состоит в том, что в синхронных машинах первая гармоника магнитодвижущей силы статора движется со скоростью вращения ротора, а у асинхронных — всегда должна быть разница скоростей.

Синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полемпитающего напряжения. Данные двигатели обычно используются при больших мощностях (от сотен киловатт и выше).

Существуют синхронные двигатели с дискретным угловым перемещением ротора — шаговые двигатели. У них заданное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие. Ещё один вид синхронных двигателей — вентильный реактивный электродвигатель, питание обмоток которого формируется при помощи полупроводниковых элементов.

Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением. Эти двигатели наиболее распространены в настоящее время.

По количеству фаз двигатели переменного тока подразделяются на:

§     однофазные — запускаются вручную, или имеют пусковую обмотку, или имеют фазосдвигающую цепь;

§     двухфазные — в том числе конденсаторные;

§     трёхфазные;

§     многофазные;

ИХ ПРИМЕНЕНИЕ:

• для привода транспортных и подъемных средств в крановых, экскаваторных двигателях
• воздуховоды, гидравлические насосы и т. Д
• как в бытовой технике (асинхронные двигатели малой мощности), так и в производстве (грузовые лебедки, крановые установки общепромышленного значения и т. д.).
• трехфазные — применяются во всех областях народного хозяйства (автоматика, телемеханика и т. д.)