Какое явление лежит в основе действия генератора переменного тока тест ответы

Предварительный просмотр:

Генератор переменного тока. Трансформаторы

Вопрос № 1 Какое явление лежит в основе действия генератора переменного тока?

Интерференция Намагничивание Электролиз Электромагнитная индукция

Вопрос № 2 Как называется неподвижная часть генератора?

Ротор Статор Генератор Трансформатор

Вопрос № 3 Напряжения на концах первичной и вторичной обмоток ненагруженного трансформатора равны U1 = 220 В и U2 = 20 В. Каково отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной?

Вопрос № 4 Стандартная частота переменного тока в России равна

Вопрос № 5 Повышающий трансформатор на электростанциях используется для

Трансформатор вообще не используется на электростанциях увеличения силы тока в ЛЭП уменьшения потерь энергии в ЛЭП увеличения частоты передаваемого напряжения

Вопрос № 6 Где происходит промышленное получение переменного тока?

На заводах В квартирах На электростанциях На фабриках

Вопрос № 7 Определите период переменного тока в России.

Вопрос № 8 Какие изменения энергий происходят в генераторе переменного тока?

Механическая энергия ротора и магнитная статора в электрическую энергию магнитной энергии статора в электрическую Электрической энергии тока и механической энергии ротора в магнитную энергию Механической и магнитной энергии ротора в электрическую

Вопрос № 9 в электрических сетях нашей страны используется

постоянныцй переменный постоянно-переменный пременно-постоянный

Вопрос № 1 Какое явление лежит в основе действия генератора переменного тока?

Интерференция Намагничивание Электролиз Электромагнитная индукция

Вопрос № 2 Как называется неподвижная часть генератора?

Ротор Статор Генератор Трансформатор

Коэффициент трансформации даёт нам возможность установить следующее соотношение:где U1, U2 — напряжения, а N1, N2 — число витков на каждой из соотвественных обмоток. 220/20=11

Вопрос № 4 Стандартная частота переменного тока в России равна

Вопрос № 5 Повышающий трансформатор на электростанциях используется для

Вопрос № 6 Где происходит промышленное получение переменного тока?

На заводах В квартирах На электростанциях Его дальнейшее преобразование происходит на трансформаторных подстанциях На фабриках

Вопрос № 7 Определите период переменного тока в России.

0,04 с 0,017 с 0,02 с период Т = 1/50гц = 0,02 сек 1 с

Вопрос № 8 Какие изменения энергий происходят в генераторе переменного тока?

Вопрос № 9 в электрических сетях нашей страны используется

постоянныцй переменный постоянно-переменный пременно-постоянный

Устройство и конструкция генератора переменного тока

Стандартный электрогенератор имеет следующие компоненты:

Раму, к которой закреплен статор с электромагнитными полюсами. Изготовлена она из металла и должна выполнять защитную функцию всех элементов механизма.
Статор, к которому крепится обмотка. Изготавливается он из ферромагнитной стали.
Ротор – подвижный элемент, на сердечнике которого располагается обмотка, образующая электрический ток.
Узел коммутации, который отводит электричество с ротора. Представляет собой систему подвижных токопроводящих колец.

В зависимости от назначения, генератор имеет определенные особенности конструкции, но существуют два компонента, которыми обладает любое устройство, конвертирующее механическую энергию в электричество:

Ротор – подвижная цельная деталь из железа;
Статор – неподвижный элемент, который изготовлен из железных листов. Внутри него есть пазы, внутри которых располагается проволочная обмотка.

Для получения большей магнитной индукции, между этими элементами должно быть небольшое расстояние. По своей конструкции генераторы бывают:

С подвижным якорем и статическим магнитным полем.
С неподвижным якорем и вращающимся магнитным полем.

В настоящее время более распространено оборудование с вращающимися магнитными полями, т.к. значительно удобнее снимать электрический ток со статора, чем с ротора. Устройство генератора имеет немало сходств с конструкцией электродвигателя.

Автомобильный генератор

В автомобильном генераторе рабочие обмотки расположены в статоре, точнее в его пазах и соединены в звезду. Ротор представляет собой полюсную систему с обмоткой возбуждения и контактными кольцами. В этом случае не проводник движется в магнитном поле, а магнитное поле вокруг проводника.

При включении зажигания, в тот самый момент когда стартер раскручивает коленчатый вал двигателя (вращения передаются ротору генератора), на возбуждающую обмотку генератора подается напряжение от аккумулятора. Когда же автомобиль уже завелся, ток с аккумулятора перестает подаваться на обмотку ротора, а возбуждающая обмотка питается от выпрямленного тока обмоток статора. Для наглядности приведем схему работы генерирующей системы автомобиля.

Ключ 1 – это зажигание автомобиля. Замыкая его, как видно по схеме, ток от аккумулятора 3 через контрольную лампочку 4 подается на возбуждающую обмотку 9 посредством контактных колец 10. После отключения запуска, ток с обмоток статора 8 через трехфазный выпрямитель 7 подается на возбуждающую обмотку, тем самым, инициируя самовозбуждение генератора. Система из шести диодов 5 и 6 является основным преобразователем трехфазного переменного тока в постоянный, который подается на аккумулятор для его подзарядки.

Еще раз в заключении объясняя какое явление лежит в основе генератора отметим основные моменты. Вращение ротора (электромагнита) создает изменение магнитного потока, за счет чего в рабочих обмотках статора (замкнутом контуре) возникает ЭДС, индуктирующая в них электрический ток. Все просто. Даже свет в наших домах горит только благодаря такому явлению как электромагнитная индукция.

Какое напряжение должен выдавать генератор автомобиля
Пусковой ток аккумулятора автомобиля: таблица
Какое напряжение должно быть на аккумуляторе при работающем двигателе авто

Как работает преобразователь частоты?

Первичным звеном частотного преобразователя переменного переменного тока или VFD, является преобразователь тока. Преобразователь тока состоит из шести диодов, которые аналогичны обратным клапанам, используемым в системах водопровода. Они позволяют току течь только в одном направлении; Направление тока изображено на знаке диода в виде стрелки. Например, когда напряжение А-фазы (по аналогии с системой водопровода напряжение можно представить как давление) выше, напряжение фазы B или C, тогда соответствующий диод откроется. Когда напряжение В-фазы становится выше, чем на фазе А, то диод В-фазы откроется, и диод А-фазы закроется. То же самое верно для 3-х диодов с отрицательной стороны шины. Таким образом, мы получаем шесть текущих «импульсов», поскольку каждый диод открывается и закрывается. Это называется «шестиимпульсным VFD», который является стандартной конфигурацией для текущих частотно-регулируемых приводов.

Предположим, что привод работает от напряжения сети 480 В. Значение 480В — является среднеквадратичной. Пики в сети со среднеквадратичным напряжением 480 В составляют 679 В. Как вы можете видеть, у шины преобразователя частоты есть напряжение постоянного тока с пульсацией переменного тока. Напряжение пробегает величины приблизительно от 580 В до 680 В.

Мы можем избавиться от пульсации переменного тока на шине постоянного тока, добавив конденсатор.Конденсатор работает аналогично резервуару или аккумулятору в системе воснабжения. Этот конденсатор поглощает пульсацию переменного тока и обеспечивает плавное постоянное напряжение. Пульсация переменного тока на шине постоянного тока обычно составляет менее 3 вольт. Таким образом, напряжение на шине постоянного тока становится примерно «650 В постоянного тока». Фактическое напряжение будет зависеть от напряжения питающей двигатель сети переменного тока, уровня дисбаланса напряжения в электрический сети, нагрузки двигателя, полного сопротивления системы, а также любых других дросселей или гармонических фильтров привода.

Преобразователь диодного моста, который преобразует переменное напряжение в постоянное, иногда называют просто «конвертером». Звено, преобразующее постоянный ток обратно в переменный, также является преобразователем, но чтобы отличить его от диодного преобразователя, его обычно называют «инвертором».

Обратите внимание, что в реальном преобразователе частоты переменного тока показанные переключатели фактически будут транзисторами

Когда мы закрываем один из верхних переключателей в инверторе, соответствующая фаза двигателя подключается к положительной шине постоянного тока, и напряжение на этой фазе становится положительным. Когда мы закрываем один из нижних переключателей в преобразователе, фаза подключается к отрицательной шине постоянного тока и становится отрицательной. Таким образом, мы можем делать положительной или отрицательной любую фазу на двигателе, а соответственно и генерировать любую желаемую частоту. Итак, мы можем сделать любую фазу положительной, отрицательной или нулевой.

Синяя синусоидальная волна показана только для сравнения. Привод на самом деле не генерирует эту синусоидальную волну

Обратите внимание, что выходной сигнал преобразователя частоты имеет «прямоугольную» форму волны. Привод VFD не может генерировать идеальный синусоидальный сигнал

Этот прямоугольный сигнал естественно не будет хорошим вариантом для систем распределения общего назначения, но вполне подходит для электродвигателя.

Если мы хотим уменьшить частоту двигателя до 30 Гц, то мы просто медленне переключаем транзисторы инвертора. Но, если мы уменьшаем частоту до 30 Гц, то мы также должны уменьшить напряжение до 240 В для поддержания отношения В/Гц. Каким же образом мы будем уменьшать напряжение, если у нас есть только напряжение постоянного тока в 650 В?

Это принцип называется Широтно Импульсной Модуляцией или ШИМ. Представьте себе, что мы можем контролировать давление в системе водоснабжения, поворачивая затвор на высокой скорости. Хотя это не было бы практично для системы водоснабжения, оно отлично работает для Преобразователя частоты VFD

Обратите внимание, что в течение первого цикла напряжение будет лишь половину времени и нулевым вторую половину цикла. Таким образом, среднее напряжение составляет половину 480 В или 240 В

Путем импульсного выхода мы можем добиться любого среднего напряжения на выходе частотного преобразователя VFD.

Динамо-машина

Чтобы понять, как устроен и как работает генератор, для начала нужно рассмотреть устройство динамо-машины и ее принцип действия. В устройстве использованы постоянные магниты, создающие постоянное магнитное поле. Между магнитами расположен якорь, который представляет собой замкнутый проводящий контур из проводника, намотанного на магнитопровод.

При вращении якоря (движении проводника в магнитном поле) в его обмотках индуктируется ЭДС. Концы обмотки якоря присоединены к контактным кольцам, а напряжение с них снимается щетками. Недостатком такой конструкции стало явление устаревания постоянных магнитов и постепенное их размагничивание. В результате постоянные магниты заменили электромагнитами, что стало началом создания современного генератора.

Виды электрогенераторов

Генераторы различаются:

по виду потребляемого топлива (и типу двигателя, соответственно) – на дизельные, бензиновые и газовые;
по фазности выходного напряжения – на однофазные и трехфазные;
по конструктивному исполнению якоря и управляющей схеме – на асинхронные и синхронные.
особый класс представляют собой инверторные генераторы.

Бензиновые генераторы

Это в основном легкие, компактные, портативные агрегаты относительно небольшой мощности (до 10 кВт), не рассчитанные на непрерывную работу. Их достоинства: неприхотливость и простота обслуживания, невысокая цена, низкий уровень шума.

Недостатки: относительно небольшой ресурс (от 500 до 3000 мч. в зависимости от конструкции двигателя), пониженная экономичность (из-за высокого расхода бензина), значительные колебания параметров выходного напряжения (по величине – до 10%, по частоте – до 4%).

Предназначены для использования в качестве резервных источников питания при временных отключениях энергии или питания электроинструментов.

Дизельные генераторы

Во многих отношениях дизельные генераторы являются противоположностью бензиновых.

Мощные дизельные генераторы 30 квт. (верхнее значение мощности достигает 40 кВт), с большим ресурсом (от 3000 до 40 000 мч.), экономичные по потреблению топлива, надежные, имеют стабильные параметры напряжения (по величине – ±1%, по частоте – ±2,5%.). Способны работать без перерывов.

Из недостатков можно упомянуть сравнительно высокую цену, повышенный уровень шума, трудность запуска при минусовых температурах, более сложное техническое обслуживание. Из-за экономичности и большого ресурса высокая цена с лихвой окупается.

Используются в основном в качестве постоянного источника энергии.

Газовые генераторы

Существует 3 вида газовых генераторов: машины, работающие на:

LPG (сжиженном газе);
на LPG и NG (сетевом газе);
универсальные генераторы, работающие на LPG и бензине.

Последние благодаря универсальности наиболее удобны в использовании.

Достоинства газовых генераторов: экологичность, экономичность (при работе на NG), высокий ресурс. Кроме этого, работа газовых генераторов хорошо поддается автоматизации. Из недостатков можно назвать потенциальную взрывоопасность – из-за вида топлива.

Асинхронные и синхронные генераторы

Якорь асинхронных машин не имеет обмоток. Это определяет простоту, надежность и дешевизну генератора. Цена, которую приходится платить за это, – плохая способность переносить высокие пусковые нагрузки, возникающие при питании устройств с реактивной мощностью.

Поэтому асинхронные генераторы лучше использовать для приборов с активной нагрузкой.

Синхронные генераторы с обмотками на якоре легко переносят пусковые нагрузки. Поэтому они хорошо подходят для питания приборов с реактивной мощностью, в том числе и сварочных аппаратов. Стоят дороже, чем асинхронные.

К их недостаткам относится также наличие щеток на роторе, которые, как известно, искрят и выгорают.

Инверторные генераторы

Инверторные генераторы приобретают все большую популярность. Принцип их работы заключается в двойном преобразовании электрического сигнала – переменного в постоянный, а затем постоянного в переменный.

Результатом этого преобразования являются качественные и стабильные параметры выходного тока.

Поэтому инверторные генераторы используются в основном для питания техники, чувствительной к стабильности параметров питающего напряжения – компьютеров, телевизоров, приборов охранных сигнализаций и т.п.

Видео: Как выбрать генератор для дачи

Вариант 1

A1. Сила тока в цепи изменяется по закону I = 3sin(20t). Чему равна частота электрических колебаний?

1) 3 Гц
2) 20 Гц
3) 20t Гц
4) 10/π Гц

А2. При передаче электроэнергии с напряжением 30 кВ потери энергии в линии равны 5%. Какими будут потери в линии при напряжении 300 кВ с таким же активным сопротивлением проводов?

1) 5%
2) 0,5%
3) 0,05%
4) 50%

А3. Работа трансформатора основана на явлении:

1) самоиндукции
2) электромагнитной индукции
3) магнитной индукции
4) нет правильного ответа

А4. N₁/N₂ = k. Что такое k?

1) коэффициент пропорциональности
2) коэффициент трансформации
3) постоянная Больцмана
4) нет правильного ответа

А5. Первичная обмотка понижающего трансформатора включена в сеть переменного тока с напряжением U₁ = 220 В. Напряжение на зажимах вторичной обмотки U₂ = 20 В, ее сопротивление R₂ = 1 Ом, сила тока в ней I = 2 А. Найдите коэффициент трансформации.

1) 0,1
2) 1
3) 10
4) 5

В1. Первичная обмотка понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации k = 8 включена в сеть с напряжением U₁ = 220 В. Сопротивление вторичной обмотки R₂ = 2 Ом, сила тока в ней I₂ = 3 А. Определите напряжение на зажимах вторичной обмотки. (Потерями в первичной обмотке пренебречь.)

В2. Во сколько раз уменьшатся тепловые потери в линии электропередачи, если входное напряжение повышающего трансформатора равно 11 кВ, а выходное — 110 кВ?

C1. В пункте А установлен повышающий трансформатор, в пункте В — понижающий. Сопротивление r соединяющей их линии равно 15 Ом. Коэффициент трансформации понижающего трансформатора k = 10, в цепи его вторичной обмотки потребляется мощность Р = 9,5 кВт при силе тока I₂ = 80 А. Определите напряжение на вторичной обмотке повышающего трансформатора.

Синусоидальный ток

Наиболее распространён в электротехнике синусоидальный ток

. Это периодический переменный ток, изменяющий по закону синусаi=Im·sin(ωt+ ψ) ,

где i – значение тока в любой момент времени t

– мгновенное значение синусоидального тока;

ω= 2πf= 2πfT , гдеω – угловая частота;ψ – начальная фаза переменного синусоидального тока (фаза в момент времениt = 0).

Наибольшее положительное или отрицательное значение переменного тока называют амплитудой

График переменного синусоидального тока представляет собой синусоиду

Два синусоидальный тока совпадают по фазе, если они одновременно достигают максимальных и нулевых значений. Если же их фазы различны, то говорят, что токи сдвинуты по фазе.

Наиболее широко в электротехнике применяется трёхфазный ток

.Трёхфазная система состоит из трёх однофазных электрических цепей. Электродвижущие силы, действующие в каждой из них, имеют одинаковую частоту, но сдвинуты по фазе относительно друг друга на 1200.

В электротехнике однофазную электрическую цепь, входящую в состав многофазовой цепи называют фазой

. Если все фазы электрически соединены между собой, то такую систему называютэлектрически связанной . Фазы в трёхфазной системе могут соединяться «треугольником», «звездой с нейтральным проводом» и «звездой без нейтрального провода».

Если мы сложим все мгновенные значения (положительные и отрицательные) переменного синусоидального тока за период, то получим алгебраическую сумму, равную нулю. Но в таком случае и среднее значение тока также равно нулю. Следовательно, это значение нельзя использовать для измерения синусоидального тока.

Как же определить величину переменного синусоидального тока?

Переменный синусоидальный ток, как и постоянный, обладает тепловым действием. Сравнив его тепловое действие с тепловым действием постоянного тока, можно судить о его величине.

Согласно закону Джоуля-Ленца количество теплоты Q

, выделяемое на участке электрической цепи за времяt при прохождении тока, определяется следующей формулой:

Q =I2Rt ,

где I

– величина тока;R – электрическое сопротивление.

Если два тока, постоянный и переменный, протекая через одинаковые по величине сопротивления, за одинаковое время выделяют одинаковое количество тепла, то они считаются эквивалентными по тепловому действию

Величина постоянного тока, который произвёл такое же количество теплоты, что и переменный ток за такое же время, называется действующим значением переменного синусоидального тока

Величина действующего значения синусоидального тока связана с его амплитудой соотношением:

Генератор

Принципиальная конструкция генератора не сильно отличается от динамо-машины, только вместо постоянных магнитов используется обмотка возбуждения – электромагниты. По сути природа магнитного поля ничем не отличается от электромагнитного, поэтому говорить какое явление лежит в основе работы генератора, а какое в основе динамо-машины не имеет смысла.

По принципу действия генератор можно кратко описать следующим образом. При запуске на возбуждающую обмотку подается напряжение со стороннего источника и генератор возбуждается. Другими словами, возникает электромагнитное поле, которое при вращении ротора индуцируется в ЭДС в рабочих обмотках. При работе часть электроэнергии, генерированной устройством, потребляется для возбуждения электромагнитного поля. В результате стороннего источника питания уже не нужно, а генератор самовозбуждается.

В трехфазных генераторах используются 3 рабочие обмотки фаз А, В и С, которые расположены на роторе или в статоре со смещением на треть периода на 120 градусов. Лучшим примером для рассмотрения трехфазного генератора стала автомобильная генерирующая установка, в которой применяется вентильный генератор с диодным выпрямлением тока.

Переменный электрический ток

Подробности Категория: Электричество и магнетизм Опубликовано 20.03.2015 09:56 Электрический ток, меняющий свою величину и направление с течением времени, называется переменным током

Переменный ток, как и постоянный, также является упорядоченным движением заряженных частиц. Но постоянный ток всегда имеет одно направление, от «+» к «-». А переменный ток своё направление постоянно меняет, то есть течёт то в одну, то в другую сторону. Поэтому одно из его направлений условно принимают за положительное, а направление, противоположное ему, считают отрицательным. В зависимости от этого в конкретный момент времени алгебраическая величина тока будет иметь знак «плюс» или знак «минус».

Чтобы ток был переменным, он должен быть подключен к источнику переменной ЭДС. Такими источниками являются генераторы переменного тока

– электрические машины, которые преобразуют механическую энергию в электрическую энергию тока.

Передача переменного тока

Промышленный переменный ток вырабатывается электростанциями. К потребителям он поступает по линиям электропередач (ЛЭП). Поскольку ЛЭП имеют большую протяжённость, то потери энергии при нагревании проводов довольно велики. Чтобы уменьшить тепловые потери, уменьшают силу тока. Для этого с помощью трансформатора повышают электрическое напряжение в сети до нескольких сот тысяч вольт. К примеру, самая высоковольтная в мире ЛЭП Экибастуз-Кокшетау рассчитана на напряжение 1150 кВ (1 миллион 450 тысяч вольт). Работает под напряжением 500 кВ. В конечной точке ЛЭП напряжение понижается до нужного потребителю значения.

Классификация и виды генераторов

Все электрогенераторы можно распределить по критерию работы и по типу топлива, из которого и образуется электроэнергия. Все генераторы делятся на однофазные (выход напряжения 220 Вольт, частота 50 Гц) и трехфазные (380 Вольт с частотой 50 Гц), а также по принципу работы и типу топлива, которое конвертируется в электричество. Ещё генераторы могут использоваться в разных сферах, что определяет их технические характеристики.

По принципу работы

Разделяют асинхронные и синхронные генераторы переменного тока.

Асинхронный

У асинхронных электрогенераторов нет точной зависимости ЭДС от частоты вращения ротора, но здесь работает такой термин, как «скольжение S». Оно определяет эту разницу. Величина скольжения вычисляется, поэтому некоторое влияние элементов генератора в электромеханическом процессе асинхронного двигателя все же есть.

Синхронный

Такой генератор обладает физической зависимостью от вращательного движения ротора к генерируемой частоте электроэнергии. В таком устройстве ротор является электромагнитом, состоящим из сердечников, обмоток и полюсов. Статором являются катушки, которые соединены по принципу звезды, и имеющими общую точку – ноль. Именно в них вырабатывается электрический ток.Ротор приводит в движение посторонняя сила подвижных элементов (турбин), которые двигаются синхронно. Возбуждение такого генератора переменного тока может быть, как контактным, так и бесконтактным.

По типу топлива двигателя

Удаленность от электросети с появлением генераторов больше не становится препятствием для пользования электроприборами.

Газовый генератор

В качестве топлива здесь используется газ, во время сгорания которого и вырабатывается механическая энергия, которая затем заменяется электрическим током. Преимущества использования газогенератора:

Безопасность для окружающей среды, ведь газ при сгорании не выделяет вредных элементов, копоти и токсичных продуктов распада;
Экономически это очень выгодно – сжигать дешевый газ. В сравнении с бензином, это обойдется значительно дешевле;
Подача топлива осуществляется автоматически. Бензин и дизельное топливо требуется по мере необходимости подливать, а газовый генератор обычно подключают к системе газоснабжения;
Благодаря автоматике, аппарат приходит в действие самостоятельно, но для этого он должен располагаться в теплом помещении.

Дизельный генератор

Эту категорию составляют преимущественно однофазные агрегаты мощностью 5 кВт. 220 Вольт и частота 50 Гц являются стандартными для бытовой техники, поэтому дизельный аппарат неплохо справляется со стандартной нагрузкой. Как можно догадаться, для его работы требуется дизельное топливо. Почему стоит выбрать именно дизельный электрогенератор:

Относительная дешевизна топлива;
Автоматика, позволяющая автоматически запускать генератор при прекращении подачи электрического тока;
Высокий уровень противопожарной безопасности;
В течении длительного периода времени агрегат на дизеле способен проработать без сбоев;
Внушительная долговечность – некоторые модели способны работать в общей сумме 4 года непрерывной эксплуатации.

Бензогенератор

Такие аппараты довольно востребованы как бытовое оборудование. Несмотря на то, что бензин дороже газа и дизеля, такие генераторы имеют немало сильных сторон:

Малые габариты при высокой мощности;
Просты в эксплуатации: большинство моделей можно запустить вручную, а более мощные генераторы оснащены стартером. Регулируется напряжение под определенную нагрузку при помощи специального винта;
В случае перегрузки генератора автоматически срабатывает защита;
Просты в обслуживании и ремонте;
Во время работы не издают много шума;
Можно применять и в помещении, и на улице, но следует защищать от попадания влаги.