Наприклад, парова турбіна найбільш оптимально працює при 3000 оборотів в хвилину, число полюсів генератора дорівнює двом.
Наприклад, для дизельного двигуна, що застосовується на дизельних електростанціях, найбільш оптимальний режим роботи 750 обертів на хвилину, тоді генератор повинен мати 8 полюсів.
Наприклад, масивні і тихохідні гідравлічні турбіни на великих гідроелектростанціях обертаються зі швидкістю 150 оборотів в хвилину, тоді генератор повинен мати 40 полюсів.
Дані приклади наведені для частоти змінного струму 50 герц.
Параметри синхронного генератора [ред | правити вікі-текст]
Основними величинами, що характеризують синхронний генератор, є:
· Електрична напруга на затискачах. вольт;
· сила струму . ампер;
· Повна електрична потужність. ват;
· Число обертів ротора в хвилину;
· Коефіцієнт потужності (косинус «фе»).
Характеристика холостого ходу генератора [ред | правити вікі-текст]
Електрорушійна сила генератора змінного струму пропорційна величині магнітного потоку і числу оборотів ротора генератора в хвилину:
. де - коефіцієнт пропорційності (визначається конструкцією генератора).
Хоча величина ЕРС синхронного генератора залежить від числа обертів ротора, регулювати її шляхом зміни швидкості обертання ротора неможливо, так як з числом оборотів ротора генератора пов'язана частота змінного струму, що генерується генератором. При роботі генератора в електричних мережах частота повинна строго дотримуватися (у Росії 50 герц).
Отже, єдиний спосіб змінити величину ЕРС синхронного генератора - змінити магнітний потік.
Магнітний потік пропорційний силі струму в контурі (А. ампер) і індуктивності (Гн. Генрі):
Звідси формула ЕРС синхронного генератора буде виглядати так:.
Регулювання ЕРС шляхом зміни магнітного потоку здійснюється послідовним включенням в ланцюг обмоток збудження реостатов або електронних регуляторів напруги. На роторі генератора знаходяться контактні кільця, струм збудження підводиться через щітковий вузол (ковзаючі контакти). У тому випадку, якщо на загальному валу з генератором знаходиться малий генератор-збудник - тоді регулювання здійснюється опосередковано, шляхом регулювання струму збудження генератора-збудника.
У тому випадку, коли використовуються генератори змінного струму зі збудженням від постійних магнітів (наприклад, в малій енергетиці) - здійснюється регулювання вихідної напруги за допомогою зовнішніх пристроїв: регулятори істабілізатори напруги. Див. Також стабілізатори змінної напруги, імпульсний стабілізатор напруги.
Якщо байдуже, ток якої частоти виходить на затискачах генератора (наприклад, змінний струм потім випрямляється, як на тепловозах з передачею змінно-постійного струму, таких як те109, те114, те129, ТЕМ7 і ін.) - ЕРС регулюється і зміною струму збудження і зміною числа обертів тягового генератора.
Паралельна робота синхронних генераторів [ред | правити вікі-текст]
На електростанціях синхронні генератори з'єднуються один з одним паралельно для спільної роботи на загальну електричну мережу. Коли навантаження на електричну мережу мала, працює тільки частина генераторів, при підвищеному енергоспоживанні ( «годину пік») включаються резервні генератори. Цей спосіб вигідний, так як кожен генератор працює на повну потужність, отже, з найбільш високим коефіцієнтом корисної дії.
Синхронізація генератора з електричною мережею [ред | правити вікі-текст]
У момент підключення резервного генератора до електричних шин його електрорушійна сила повинна бути чисельно дорівнює напрузі на цих шинах, мати однакову з ним частоту, і фазовий зсув рівний нулю. Процес виведення резервного генератора на режим, при якому забезпечується зазначена умова, називається синхронізацією генератора.
Якщо ця умова не буде виконана (підключається генератор не виведений на синхронний режим), то з мережі в генератор може піти великий струм, генератор запрацює в режимі електродвигуна, що може привести до аварії.
Для виконання синхронізації підключається генератора з електричною мережею застосовуються спеціальні пристрої, в найпростішому вигляді - синхроноскоп.
Синхроноскоп є лампу розжарювання і «нульовий» вольтметр, включені паралельно контактам рубильника, що відключає генератор від шин мережі (відповідно скільки фаз, стільки ламп розжарювання і вольтметрів).
При розімкнутому стані рубильника паралельна складання «лампа розжарювання -" нульовий "вольтметр» виявляється включеною послідовно ланцюга «фаза генератора - фаза електромережі».
Після запуску генератора (при розімкнутому рубильнику) його виводять на номінальні обороти, і регулюючи струм збудження, домагаються того, щоб електрична напруга на клемах генератора і на шинах мережі було приблизно однаковим.
Коли генератор наближається до режиму синхронізації, лампи розжарювання починають блимати, і в момент майже повної синхронізації вони гаснуть. Однак лампи гаснуть при напрузі, що не дорівнює нулю, для індикації повного нуля служатвольтметри ( «нульові» вольтметри). Як тільки і «нульові» вольтметри покажуть 0 вольт - генератор і електрична мережа синхронізовані, можна замикати рубильник. Якщо дві лампи розжарювання (на двох фазах) погасли, а третя - немає, це означає, що одна з фаз генератора підключена неправильно до шини електричної мережі.
Генератори змінного струму на транспорті [ред | правити вікі-текст]
Автомобільний генераторпеременного струму. Приводний ремінь знятий.
Трифазні генератори змінного струму з вбудованим напівпровідниковим мостовим трифазним випрямлячем використовуються на сучасних автомобілях для зарядки автомобільного акумулятора, а також для живлення електроспоживачів, таких як система запалювання, автомобільна світлотехніка, бортовий комп'ютер, система діагностики та інших. Постійність напруги в бортовій мережі підтримується спеціалізованим регулятором напруги.
Застосування автомобільних генераторів змінного струму дозволяє зменшити габаритні розміри, вага генератора, підвищити його надійність, зберігши або навіть збільшивши його потужність в порівнянні з генераторами постійного струму [1].
Наприклад, генератор постійного струму Г-12 (автомобіль ГАЗ-69) важить 11 кг, номінальний струм 20 ампер, а генератор змінного струму Г-250П2 (автомобіль УАЗ-469) при масі 5,2 кг видає номінальний струм 28 ампер.
Генератори змінного струму застосовуються в гібридних автомобілях, що дозволяють поєднувати тягу двигуна внутрішнього згоряння та електродвигуна. Це дозволяє уникнути роботи ДВС в режимі малих навантажень, а також реалізовувати рекуперацію кінетичної енергії, що підвищує паливну ефективність силової установки.
На тепловозах, таких як те109, те114, те129, ТЕМ7, ТЕМ9, ТЕРА1, теп150, 2ТЕ25К застосовується електрична передача змінно-постійного струму, встановлюються синхронні трифазні тягові генератори. Тягові електродвигуни постійного струму, що виробляється генератором електроенергія випрямляється напівпровідникової випрямної установкою. Заміна генератора постійного струму на генератор змінного струму дозволила знизити масу електрообладнання, резерв може бути використаний для встановлення більш потужного дизельного двигуна. Однак тяговий генератор змінного струму не може використовуватися як стартер для двигуна внутрішнього згоряння, запуск проводиться генератором постійного струму для ланцюгів управління.
На дослідному тепловозі 2ТЕ137, нових російських локомотивах 2те25а, ТЕМ21 застосовується електрична передача змінно-змінного струму, з асинхронними тяговими електродвигунами.
Асинхронні двигуни як генератори змінного струму [ред | правити вікі-текст]
Як оборотна електрична машина асинхронний електродвигун змінного струму може бути переведений в генераторний режим.
У генераторному режимі ковзання (різниця між кутовою швидкістю ротора і кутовий швидкістю обертового магнітного поля) змінює знак,
тобто асинхронний двигун працює як асинхронний генератор.
Дане включення використовується в основному на транспорті для реостатного або рекуперативного гальмування (там, де в якості тягових електродвигунів застосовуються асинхронні).
Охолодження генераторів змінного струму [ред | правити вікі-текст]
Генератор з водневим охолодженням, забарвлений в червоний колір
Під час роботи в генераторі виникають втрати енергії, що перетворюються в теплоту і нагрівають його елементи. Хоча ККД сучасних генераторів дуже високий, абсолютні втрати досить великі, що призводить до значного підвищення температури активної сталі, міді та ізоляції. Підвищення температури конструктивних елементів, в свою чергу, веде до їх поступового руйнування і зменшення терміну служби генератора [2] [3]. Для запобігання цьому застосовують різні системи охолодження.
Виділяють такі типи систем охолодження: поверхневе (непряме) і безпосереднє охолодження [2]. Непряме охолодження в свою чергу може бути повітряним і водневим.
Водневі системи охолодження частіше встановлюються на великі генератори, так як вони забезпечують краще відведення тепла [4] (У порівнянні з повітрям водень име-ет більшу теплопровідність і в 10 разів меншу пліт-ність [5]). Водень пожежо- та вибухонебезпечний, тому застосовується ізоляція вентиляційної системи і підтримку підвищеного тиску.