Безщітковий синхронний генератор
Безщітковий синхронний генератор - синхронна машина. працює тільки в генераторному режимі, ротор якої не має колекторно-щіткового вузла, а струм в обмотці збудження (в роторі) індукується за рахунок змінного магнітного поля, що створюється основний і / або додатковою обмоткою статора.
Існує кілька практичних реалізацій бесщеточного синхронного генератора, що відрізняються способом індукування струму в обмотці збудження і регулюванням напруги на вихідних затискачах.
Генератори з компаундних збудженням до компенсує ємністю
Найбільш простим з технічної реалізації є Бесщеточний генератор з компаундних збудженням і компенсує ємністю, підключеної до додаткової обмотці. Такий генератор являє собою явнополюсную синхронну машину з обмоткою збудження в роторі.
Обмотка збудження розбита на дві секції, кінці кожної з яких замкнуті через діод. Таким чином, індукований струм в обмотці збудження може протікати тільки в одному напрямку, створюючи постійне магнітне поле.
Статор має дві обмотки: основну і додаткову. До основної обмотці підключається навантаження. До додаткової обмотці підключається компенсуючий конденсатор. Основна обмотка займає 2/3 пазів статора, а додаткова 1/3 пазів.
Працює генератор наступним чином. При обертання ротора струму в обмотках немає. Однак магнітопроводи статора і ротора мають залишкову намагніченість. За рахунок останньої в обмотках починає індукувати струм. Так як за рахунок діодів струм в обмотці ротора може протікати тільки в одному напрямку, муздрамтеатр ротора починає намагнічуватися. При цьому обертається магнітне поле створюване ротором індукує в обмотках статора електрорушійну силу. Оскільки додаткова обмотка статора навантажена на конденсатор, через неї починає протікати змінний струм. Цей змінний струм створює змінне, але не обертається магнітне поле статора, яке індукує електрорушійну силу в обмотці ротора. Під дією цієї електрорушійної сили в обмотці ротора виникає струм, який випрямляється діодами і ще сильніше намагнічує ротор. Це в свою чергу викликає збільшення електрорушійної сили і струму в обмотках статора, що в свою чергу ще сильніше намагнічує ротор. Процес збудження розвивається лавиноподібно до входу магнитопроводов статора і ротора в режим насичення. В основній обмотці статора виникає електрорушійна сила номінальної величини. Генератор готовий до підключення навантаження.
При підключенні навантаження до основної обмотці в ній з'являється струм, який створює своє магнітне поле. Якби збудження генератора залишилося на прежднему рівні, то напруга на його вихідних затискачах знизилося б з двох причин: падіння напруги на внутрішньому опорі і зміщення магнітного поля щодо осі обмотки статора. Однак обмотки статора розташовані таким чином, що їх магнітні осі повернені на 90 градусів. За рахунок цього відбувається поворот магнітного поля ротора в напрямку основної обмотки, що збільшує ЕРС індукції в ній. Чим більше струм первинної обмотки - тим більше поворот магнітного поля ротора. Таким чином відбувається стабілізація вихідної напруги генератора. Такий спосіб регулювання називається компаундних.
Генератор з компаундних порушенням простий по конструкції, має малу вагу і вартістю, що зумовило його широке застосування в переносних бензіноелектріческіх агрегатах ( «бензинові електростанції»). У той же час цього типу генераторів притаманний ряд недоліків, а саме:
- генератор може бути тільки однофазним;
- в разі підключення до генератора навантаження з нелінійним характером опору (наприклад, нагрівач, включений через діод) процес компаундування порушується - напруга на виході генератора може виявитися сильно завищеними.
- к.к.д. генератора відносно невисокий, адже чимала частина енергії змінного магнітного поля втрачається на перемагнічування магнитопроводов, що працюють в режимі близькому до насичення.
Генератори з незалежним збудженням
Недоліки генераторів з компаундних збудженням і ємнісний компенсацією усуваються в бесщеточний генераторах з незалежним збудженням. В цьому випадку в передача електричної енергії обмотці збудження (у вигляді змінного струму) відбувається через обертовий трансформатор, а випрямлення змінного струму для живлення обмотки збудження відбувається в самому роторі за рахунок випрямляча. Такі генератори складніше по конструкції (необхідний обертається трансформатор). Регулювання напруження може здійснюватися як за рахунок компаундування, так і з застосуванням електронного регулятора.