Generator jednofazowy - Single-phase generator
Generator jednofazowe (znany również jako alternator jednofazowego ) jest zmienny prąd generatora elektrycznego , które wytwarza się pojedynczy, ciągły napięcie przemienne. Generatory trójfazowe mogą być wykorzystane do wytwarzania energii w jednofazowych elektroenergetycznych systemów. Jednakże, generatory wielofazowe są zwykle wykorzystywane do dostarczania mocy w dystrybucji trójfazowego systemu, a prąd jest przekształcany do jednofazowej pobliżu obciążeń jednofazowych zamian. Dlatego generatory jednofazowe znajdują się w aplikacjach, które są najczęściej używane, gdy jest napędzany obciążenia są stosunkowo lekkie i nie podłączonych do dystrybucji trójfazowym, na przykład, przenośnych silników generatorów . Większe generatory jednofazowe są również używane w zastosowaniach specjalnych, takich jak jednofazowego zasilania trakcyjnego dla systemów elektryfikacji kolei .
Zawartość
wzory
Obrotowa armatura
Konstrukcja obrotowy twornika generatorów mieć część twornika na wirniku , a część pola magnetycznego na stojanie . Podstawowa konstrukcja, zwany generator elementarny , ma mieć prostokątny pętli armaturę do cięcia na linie sił pomiędzy północnym i południowym biegunie. Przez przecięcie linii sił poprzez obrót, wytwarza prąd elektryczny. Obecny jest wysyłany z zespołu prądotwórczego przez dwa zestawy pierścieni ślizgowych i szczotek , z których jeden jest stosowany do każdego końca armatury. W tym dwu-konstrukcją, ponieważ zwora obraca się o jeden obrót, generuje jeden cykl jednofazowego prądu przemiennego (AC). W celu wytworzenia wyjścia zasilacza, zwora jest obracany ze stałą prędkością mającego liczbę obrotów na sekundę, aby dopasować się do pożądanej częstotliwości (w hercach ) na wyjściu prądu przemiennego.
Armatura na 0 stopni.
Armatura w temperaturze 90 ° C.
Armatura w temperaturze 180 ° C.
Armatura na 270 stopni.
Armatura na 360 stopni.
Relacja obrotów twornika i wyjście AC można zobaczyć w tej serii obrazów. Ze względu na ruch kołowy zwory przed prostymi siły, zmienna liczba linii sił zostaną obniżone nawet przy stałej prędkości ruchu. Na zero stopni, prostokątny ramienia zwory nie przecina żadnych linie sił, dając wyjście napięcia zerowego. Ponieważ armatura ramię obraca się ze stałą prędkością w kierunku położenia 90 °, bardziej linie cięcia. Linie sił wycina się co najwyżej podczas zwora jest w położeniu 90 °, co daje się najbardziej prądu w jednym kierunku. Jak się okazuje w kierunku pozycji 180 °, mniejsza liczba linii sił są cięte, rozdawanie mniejsze napięcie, aż stanie się znowu do zera w pozycji 180 °. Napięcie zaczyna ponownie wzrastać jako głów armatury do przeciwnego bieguna w pozycji 270 °. Ku tej pozycji, obecna jest generowany na przeciwną stronę, podając się maksymalne napięcie po przeciwnej stronie. Napięcie zmniejszyć ponownie, ponieważ uzupełnia pełny obrót. W jednym obrocie wyjście AC jest wytwarzany z jednego pełnego cyklu, jak pokazano w sinusoidy .
Więcej słupy mogą być również dodane do generatora jednofazowego, aby umożliwić jeden obrót, aby produkować więcej niż jeden cykl wyjścia AC. Na przykład po lewej części stojana rekonfiguracji mieć 4 słupy, które są równo oddalone od siebie. North pole sąsiaduje z dwóch biegunów. Kształt armatury w części wirnika jest również zmieniona. To już nie jest płaski prostokąt. Ramię jest zagięte pod kątem 90 stopni. Pozwala to z jednej strony zwory do interakcji z bieguna północnego, podczas gdy druga strona współdziała z południowego bieguna podobnie do konfiguracji dwubiegunowego. Prąd jest nadal wyrwany przez dwa zestawy pierścieni ślizgowych i szczotek w taki sam sposób, jak w konfiguracji dwu-biegunowego. Różnica polega na tym, że cykl wyjście AC może być zakończona po obrocie o 180 stopni zwory. W jednym obrocie, wyjście AC będą dwa cykle. To zwiększa częstotliwość na wyjściu generatora. Więcej biegunów można dodawać do osiąga wyższą częstotliwość, przy tej samej prędkości obrotowej generatora, lub samej częstotliwości wyjścia przy mniejszej prędkości obrotowej generatora, w zależności od aplikacji.
Taka konstrukcja pozwala również na zwiększenie napięcia wyjściowego poprzez modyfikację kształtu szkieletu. Możemy dodać kolejne pętle prostokątne do zwory jak widać na zdjęciu po prawej stronie. Te dodatkowe pętle na ramieniu twornika są połączone szeregowo, które w rzeczywistości są dodatkowe uzwojenie tego samego drutu przewodzącego, tworząc zwój o kształcie prostokąta. W tym przykładzie, są 4 uzwojenia cewki. Ponieważ kształty wszystkie uzwojenia są takie same, to ilość linii sił zostanie pocięty w takiej samej ilości w tym samym kierunku w tym samym czasie do wszystkich zwojów. Stwarza w fazie wyjścia AC dla tych 4 uzwojeń. W wyniku tego, napięcie wyjściowe wzrasta 4 razem, jak pokazano na falę sinusoidalną na rysunku.
pole obrotowe
Konstrukcja obrotowych generatorów pole powinno mieć udział w statorze twornika oraz część pola magnetycznego w wirniku. Podstawowa konstrukcja pola obrotowy generatora jednofazowego jest pokazany po prawej stronie. Istnieją dwa bieguny magnetyczne, Północnej i Południowej, dołączone do wirnika i dwie cewki, które są połączone szeregowo i równo rozmieszczone na stojanie. Uzwojenia cewki znajdują się w dwóch odwrotnym kierunku, aby przepływ prądu w tym samym kierunku, ponieważ obie cewki zawsze oddziałują z przeciwnymi biegunami. Od słupy i cewki są rozmieszczone w równych odstępach i rozmieszczenie słupów pasujące do miejsc z cewek, magnetyczne linie siły są cięte na tej samej wysokości w każdym stopniu wirnika. W rezultacie napięcia indukowane do wszystkich uzwojeń mają taką samą wartość w danym momencie. Napięcia z obu zwojów są „ w fazie ” względem siebie. Dlatego całkowite napięcie wyjściowe jest dwa razy większa od napięcia indukowane w każdym uzwojeniu. Na rysunku, w miejscu, w którym liczba biegunów 1 i cewka numer 1 Meet generator wytwarza najwyższe napięcie wyjściowe na jednym kierunku. Kiedy wirnik obraca się o 180 stopni napięcia wyjściowego jest na przemian w celu uzyskania najwyższej napięcie na drugim kierunku. Częstotliwość na wyjściu AC w tym przypadku równa się liczbie obrotów wirnika na sekundę.
Ten projekt może również pozwoli nam zwiększyć częstotliwość wyjściową dodając więcej Polaków. W tym przykładzie po prawej stronie, mamy 4 cewek połączonych szeregowo na stojanie i rotor pole ma 4 bieguny. Obydwie cewki i bieguny są rozmieszczone w równych odstępach. Każdy biegun ma przeciwną polaryzację do swoich sąsiadów, które są nachylone pod kątem 90 stopni. Każdy cewki mają też przeciwnie uzwojenia do swoich sąsiadów. Taka konfiguracja pozwala na linie sił w 4 biegunów cięcia przez 4 zwoje w tej samej ilości co w danym czasie. Przy każdym obrocie o 90 stopni, polaryzacja napięcia wyjściowego jest przełączany z jednego kierunku do drugiego. W związku z tym istnieją 4 cykle AC wyjście na jeden obrót. Ponieważ 4 cewki są połączone szeregowo, a ich wyjścia są „w fazie”, to wyjście prądu zmiennego z generatora jednofazowego będą miały 4 razy napięcie wytworzonej przez poszczególne cewki.
Zaletą obrotowe pole projekt jest, że jeśli Polacy są magnesy trwałe , to nie ma potrzeby korzystania z pierścieniem ślizgowym i szczotkę do dostarczania energii elektrycznej z generatora jako cewki są nieruchome i może być podłączony bezpośrednio z generatora do obciążenia zewnętrzne.
małe generatory
Generatory jednofazowe, że ludzie znają są zazwyczaj małe. Wnioski są dla rezerwowych generatorów w przypadku głównego zasilania jest przerwany i do dostarczania tymczasową władzę na budowach.
Innym zastosowaniem jest w małej technologii wiatrowej . Chociaż większość turbin wiatrowych używać generatorów trójfazowych, generatory jednofazowe znajdują się w niektórych małych modeli turbin wiatrowych o mocy znamionowej mocy z 55 kW. Modele jednofazowe dostępne są w pionowych turbin wiatrowych osi (VAWT) i turbin wiatrowych o osi poziomej (Hawt).
Elektrownie
W bardzo wczesnych dni od energii elektrycznej, generatory w elektrowniach był jednofazowy AC lub prądu stałego . Kierunek energetyce zmieniały się w 1895 roku, kiedy bardziej wydajne generatory wielofazowe zostały z powodzeniem wdrożone w Adams Wodnych generowania Zakładu która była pierwszą dużą skalę moc wielofazowy stacja. Nowe elektrownie zaczęły przyjmować układ wielofazowy. W 1900, wielu kolej rozpoczęła elektryfikacji swoich liniach. W tym czasie układ jednofazowy AC były szeroko stosowane do ich sieci elektroenergetycznych trakcyjnych przy obecnym systemie direct. Wczesne generatory tych sieci trakcyjnych jednofazowych są generatory jednofazowe. Nawet z nowszych silników trójfazowych, które zostały wprowadzone do niektórych nowoczesnych pociągów, transmisja single-fazy w sieciach trakcyjnych przeżyć swój czas i są nadal w użyciu w wielu kolejach dzisiaj. Jednak wiele elektrownie trakcji zastąpiły swoje generatory z czasem do wykorzystania generatorów trójfazowych i konwertować do jednofazowych do transmisji.
Hydro
We wczesnym rozwoju elektrownie wodne , generatory jednofazowe odgrywał ważną rolę w wykazując korzyści z prądu zmiennego. 1891 3000 V i 133 Hz generatora jednofazowe 100 koni mechanicznych został zainstalowany w Ames Wodnych generowania roślin , które były związane z pasowym kołem wody Peltona. Moc była przenoszona przez 4,2 km (2,6 mil), kable do zasilania silnika identyczną w młynie. Zakład był pierwszym, który generuje moc prądu elektrycznego do zastosowań przemysłowych i było wykazanie efektywności przesyłu prądu zmiennego. Był to precedens na większe znacznie większych roślin, takich jak Edward Dean Adams Elektrowni w Niagara Falls w stanie Nowy Jork w roku 1895. Jednakże, większe rośliny były obsługiwane za pomocą generatorów wielofazowe o większej wydajności. Że opuścił aplikacji dla jednofazowego wytwarzania energii wodnej do szczególnych przypadków, takich jak w lekkich ładunków.
Przykładem wykorzystania jednofazowe w szczególny przypadek został wdrożony w 1902 roku w St. Louis Municipal Electric Power Plant. Generator jednofazowe 20 kW zostało połączone bezpośrednio z kołem Peltona wody do wytwarzania energii elektrycznej wystarczającej do obciążeniach mocy. To była wczesna demonstracja in-kanałowej hydro uchwycić energię z przepływu wody w publicznym wody rurociągiem . Energia dla wodociągu w tym przypadku nie został stworzony przez grawitację, ale woda była pompowana przez większą parowozu na stacji pompującej wodę do dostarczania wody do odbiorców. Decyzja o wodę pompowaną przez większego silnika następnie część energii z przepływem wody do napędzania generatora przy użyciu mniejszego koła wodną opartą na kosztach. W momencie, parowozy nie były skuteczne i opłacalne dla systemu 20 kW. W związku z tym, że zainstalowano parową pompę wodną mieć wystarczająco dużo energii, aby utrzymać ciśnienie wody dla klienta oraz do prowadzenia mały generator w tym samym czasie.
Głównym korzystanie z pokolenia hydroelektryczna jednofazowego dzisiaj jest dostarczanie energii do sieci trakcyjnej dla kolei. Wiele elektrycznych sieci przesyłowych dla kolei szczególnie w Niemczech polegać na pokolenie jednofazowych i transmisji, które są nadal w użyciu. Godnym uwagi jest elektrownia Elektrownia Walchensee Wodnych w Bawarii . Stacja bierze wodę z podwyższonym Lake Walchensee jechać osiem turbin, które napędzają generatory. Cztery z nich są generatory trójfazowe do zasilania sieci energetycznej . Pozostałe cztery są generatory jednofazowe są podłączone do turbin Peltona które łącznej mocy 52 MW na dostawę niemiecki 15 kV AC kolejowego elektryfikacji .
Podobne jednofazowe pokolenia hydroelektryczność są również używane w innym wariancji systemu elektryfikacji kolei w Stanach Zjednoczonych. Elektrownia w Safe Harbor Dam w Pensylwanii zapewnia wytwarzanie energii zarówno dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej oraz dla Amtrak kolei. Dwa z jego 14 turbiny jest połączony z dwoma generatorami jednofazowych dostarczyć 25Hz system zasilania trakcyjnego AMTRAK użytkownika . Dwie turbiny są Kaplan typu z 5 ostrzy oceniono 42.500 koni mechanicznych.
Parowy
We wczesnych latach, silniki parowe były wykorzystywane jako główny przeprowadzki generatorów. Instalacja w St. Louis Municipal Electric Power Plant w 1900 był przykładem wykorzystania silników parowych z generatorami jednofazowych. Zakład St. Louis stosowany związek maszynę parową do napędu 100 kW generator jednofazowy który wytwarzany aktualną moc przy znamionowej 1150 woltów.
Silniki parowe zostały również wykorzystane w XX wieku w elektrowniach dla sieci trakcyjnych, które miały dystrybucję zasilania jednofazowego dla poszczególnych linii kolejowych. Specjalny zestaw generatorów jednofazowych z turbin parowych w Waterside stacja generacyjna w Nowym Jorku w 1938 roku, był przykładem takich systemów wytwórczych i dystrybucyjnych. Generatory jednofazowe zostały ostatecznie wycofał się pod koniec 1970 roku ze względu na obawy o awarii turbiny w innej stacji. Generatory zostały zastąpione przez dwa transformatory do zmniejszenia z innego źródła prądu trójfazowego do istniejących jednofazowej sieci trakcyjnej władzy. Ostatecznie, transformatory zostały zastąpione przez dwa SSD cyklokonwertor zamiast.
Jądrowy
Normalnie, elektrownie jądrowe są wykorzystywane jako obciążenia podstawowego stacje o bardzo wysokiej zdolności do zasilania siatek. Neckarwestheim I w Neckarwestheim to unikalna elektrownia jądrowa tym, że jest wyposażone w generatory jednofazowych o dużej pojemności dostarczyć Deutsche Bahn kolejowe z określonego napięcia prądu przemiennego o częstotliwości 16 2/3 Hz. Ciśnieniowy reaktor wody transportu energii cieplnej do dwóch turbin i generatorów, które są oceniane na 187 MW 152 MW.