Чем отличается синхронный генератор от асинхронного

Чем отличается синхронный генератор от асинхронного

Источники автономного электрического питания, называемые электростанциями, генераторами, бывают синхронные и асинхронные, однофазные и трёхфазные — в зависимости от типа собственно электрического генератора, соединенного посредством вала с двигателем внутреннего сгорания.

Рассмотрим генераторы — электрические машины переменного тока, определяющие потребительские характеристики автономных источников.

Генераторы синхронные и асинхронные имеют различное устройство. Принцип работы и характеристики их также отличаются.

Выбирая тип генератора, важно сделать правильный выбор — от этого будет зависеть как качество работы электрических приёмников, подключённых к нему, так и работоспособность самого генератора.

Синхронный генератор состоит из статора, ротора и блока управления.

Статор и ротор выполнены из тонких пластин из электротехнической стали, хорошо проводящих магнитный поток и плохо — электрические вихревые токи.

Витки статорной обмотки размещены в пазах статора равномерно по окружности. Для однофазного генератора — одна фазная обмотка, для трёхфазного генератора — три фазные обмотки, соединённые в звезду или треугольник и сдвинутые по окружности одна относительно другой на 120 градусов.

Ротор представляет собой явнополюсный биполярный электромагнит постоянного тока.

Обмотка ротора соединена через два щёточные узла, представляющие пару «щётка — кольцо», с блоком управления. Последний осуществляет её питание постоянным током и обеспечивает необходимые электрические связи для автоматического регулирования.

Асинхронный генератор состоит из статора и ротора.

Статор имеет такое же устройство, как и у синхронного генератора. Его обмотка также может быть однофазной или трёхфазной.

Ротор короткозамкнутый: токопроводящая часть ротора выполнена из алюминия и напоминает беличью клетку.

При вращении ротора двигателем внутреннего сгорания (ДВС) вращающееся вместе ним магнитное поле электромагнита возбуждает в статорной обмотке переменное синусоидальное — однофазное или трёхфазное — напряжение.

При подключении к статорной обмотке нагрузки в цепи течёт переменный — однофазный или трёхфазный — электрический ток.

Величина напряжения и частота на зажимах статорной обмотки зависимы от скорости вращения ротора. С изменением электрической нагрузки синхронного генератора механическая нагрузка на валу ДВС также имеет тенденцию к изменению в прямо пропорциональной зависимости, могущую привести к изменению скорости вращения ротора и, как следствие, к изменению величины напряжения и частоты.

Во избежание подобных изменений и для поддержания заданных величин напряжения и частоты с необходимой точностью, блоком управления синхронного генератора осуществляется автоматическое регулирование электрических параметров через обратную связь по току и напряжению, подаваемую на роторную обмотку.

При вращении ротора асинхронного генератора под действием остаточного магнетизма статора в беличьей клетке индуцируется электрический ток, магнитное поле которого, вращаясь вместе с ротором, наводит в неподвижной обмотке статора переменное синусоидальное — однофазное или трёхфазное — напряжение.

Поскольку в асинхронном генераторе нет электрической связи с ротором, то и нет возможности искусственного автоматического регулирования электрических параметров напряжения и тока. Они изменяются с изменением электрической нагрузки на обмотке статора в соответствии с конструктивными особенностями асинхронной машины переменного тока.

У синхронного генератора величина напряжения и частота поддерживаются с высокой точностью, в то время как у асинхронного они изменяются в относительно большом диапазоне.

Синхронный генератор, будучи источником реактивной мощности (из-за конструктивных особенностей этого вида электрических машин), не боится перегрузок переходных режимов, связанных с пуском под нагрузкой из потребителей этой реактивной мощности — всех электробытовых приборов и электроинструмента, содержащих электродвигатели.

Асинхронный генератор, сам являясь потребителем реактивной мощности, перегрузок при пуске под нагрузкой с потребителями реактивной мощности боится больше — имеется вероятность протекания больших токов и перегрева статорной обмотки. Для ликвидации этого недостатка профессиональные асинхронные генераторы снабжены пусковыми конденсаторами, которые после стабилизации величины тока статора через несколько секунд после пуска отключаются.

Синхронный генератор, в отличие от асинхронного, меньше боится электрических перегрузок в установившемся режиме, поскольку снабжён системой автоматического регулирования через обратную связь по току и напряжению.

Читайте также:  Полки для гаража своими руками чертежи

В асинхронном генераторе сила сцепления электромагнитных полей ротора и статора искусственно не регулируется, а имеет значение, описываемое естественной характеристикой.

Несмотря на некоторые слабые стороны, асинхронные генераторы завоевали себе популярность более простой конструкцией, неприхотливостью, отсутствием необходимости квалифицированного технического обслуживания и сравнительной дешевизной.

Синхронный генератор переменного тока необходимо выбрать в следующих случаях:

1. по условиям эксплуатации подключаемых электрических приёмников предъявляются повышенные требования к стабильности величины напряжения и частоты;

2. вероятны перегрузки в переходном режиме при подключении к работающему генератору электрических приемников, являющихся потребителями реактивной мощности;

3. возможны перегрузки в переходном режиме при пуске генератора под нагрузкой из включённых приёмников, являющихся потребителями реактивной мощности;

4. случаются перегрузки в установившемся режиме, когда к генератору подключены приёмники — потребители как активной, так и реактивной мощности.

Асинхронный генератор переменного тока следует предпочесть, если:

1. к величине напряжения и частоте не ставится высоких требований;

2. работа генератора предполагается в запылённых условиях;

3. отсутствует возможность квалифицированного технического обслуживания;

4. нет возможности приобрести более дорогостоящий синхронный генератор.

5. вероятны перегрузки в переходном режиме, но генератор снабжён дополнительными пусковыми конденсаторами.

Следует отметить, что как синхронный, так и асинхронный генераторы не переносят чрезмерных перегрузок, превышающих их максимальную мощность. В таких случаях срабатывает электрическая защита, предохраняющая агрегат от выхода из строя. Для того, чтобы избежать аварийных ситуаций, нужно знать, как рассчитать мощность генератора, исходя из максимальной величины предполагаемой нагрузки.

Отличительные особенности синхронных и асинхронных генераторов

Синхронный генератор — это синхронная электрическая машина, работающая в режиме генератора в которой частота вращения магнитного поля статора равна частоте вращения ротора. Ротор сотоит из обмоток при подаче напряжения на которые появлятся магнитное поле с магнитными полюсами и создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС.

В зависимости от типа обмотки, ротор может быть короткозамкнутым либо фазным. Вращающееся магнитное поле, созданное вспомогательной обмоткой статора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке статора, так же как и в асинхронном генераторе

Ротор, при запуске электростанции, создает слабое магнитное поле, но с увеличением оборотов, увеличивается и ЭДС в обмотке возбуждения. Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки (AVR) поступает на ротор, контролируя выходное напряжение за счет изменения магнитного поля. Например, подключенная индуктивная нагрузка размагничивает генератор и снижает напряжение, а при подключении емкостной нагрузки происходит подмагничивание генератора и повышение напряжения. Это называется “реакцией якоря”. Для обеспечения стабильности выходного напряжения необходимо изменять магнитное поле ротора путем регулирования тока в его обмотке ( для синхронных генераторов) , что и обеспечивается блоком AVR ( стабилизатор напряжения ). Благодаря такому способу регулировки, вне зависимости от изменения тока нагрузки и оборотов двигателя электростанции стабильность выходного напряжения генератора остается очень высокой, на уровне ±1%.

Преимуществом синхронных генераторов является высокая стабильность выходного напряжения, а недостатком – возможность перегрузки по току, так как при завышенной нагрузке, регулятор может чрезмерно повысить ток в обмотке ротора. Еще к недостаткам синхронных генераторов можно отнести наличие щеточного узла, который рано или поздно придется обслуживать, правда в настоящее время этот недостаток практически устранен. Так как, современные синхронные генераторы являются в большинстве своем бесщеточными, их ротор не имеет коллекторно-щеточного узла, а ток в обмотке возбуждения (в роторе) индуцируется за счет переменного магнитного поля, создаваемого основной и/или дополнительной обмоткой статора.

Асинхронный генератор — асинхронная электрическая машина работающая в режиме торможения, ротор которой вращается с опережением, но в том же направлении что и магнитное поле статора.

В асинхронном генераторе ротор выполнен виде постоянного магнита или электромагнита. Число полюсов ротора может быть два, четыре и т. д. , но кратно двум. В бытовых бензиновых и дизельных электростанциях используется, как правило, ротор с двумя полюсами, чем и обусловлена частота вращения двигателя электростанции 3000 об/мин. В дизельных электростанциях с частотой вращения 1500 об/мин используется четырехполюсной асинхронный генератор.

Читайте также:  Как чистить сажу в печке

Вращающееся магнитное поле остается всегда неизменным и не регулируемо, вследствие чего напряжение и частота на выходе генератора зависит от частоты оборотов ротора и следовательно от стабильности вращения двигателя электростанции.

Несмотря на простоту обслуживания, малую чувствительность к короткому замыканию и невысокую стоимость, асинхронные генераторы применяются достаточно редко, так как имеются ряд недостатков: высокая себестоимость, зависящий от активно-индуктивного характера нагрузки; ненадежность работы в экстремальных нагрузках; зависимость выходного напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя и т. д.

Синхронные и асинхронные генераторы. Отличия и особенности

Эта статья будет посвящена такому вопросу как «различия между синхронными и асинхронными генераторами». Казалось бы вопрос довольно простой и не требует детального разбирательства, можно открыть учебник физики и все прочесть, да и в интернете должно быть много информации. Все верно, но учебник физики есть не у всякого, а в интернете слишком много противоречивой информации.

Различные сайты размещают у себя противоречивые определения одного и того же.

В этой статье мы дадим точное, максимально полное и понятное описание.

Про то, что такое электростанция, генератор и двигатель Вы уже прочти или же можете прочесть в статье на нашем сайте, которая так и называется: «Что такое генератор/электростанция».

Первое определение синхронного генератора будет техническим, а второе более практическим. Первое поможет понять устройство и принцип его работы, а второе применить знания и точнее определиться с типом генератора, который Вам необходим.

I . Синхронный генератор – механизм, работающий в режиме генерации энергии, в котором частота вращения магнитного поля стартора [1] равна частоте вращения ротора [2] . Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку стартера, наводит в ней ЭДС [3] .

В синхронном генераторе ротор выполнен в виде постоянного магнита или электромагнита. Число полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но ОБЯЗАТЕЛЬНО кратно двум. В бытовых электростанция чаще всего применяют ротор с двумя полюсами. Именно этим объясняется частота вращения двигателя электростанции – 3000 об/мин [4] .

При старте электростанции, ротор создает слабое магнитное поле, но с ростом оборотов, увеличивается и ЭДС в обмотке возбуждения. Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки ( AVR ) поступает на ротор, контролируя выходное напряжение за счет изменения магнитного поля. Рассмотрим на примере: Подключение индуктивной нагрузки размагничивает генератор и снижает напряжение, а подключение емкостной нагрузки вызывает подмагничивание генератора и рост напряжения. Такое явление носит название «реакция якоря».

Обеспечение стабильного выходного напряжения происходит за счет изменения магнитного поля ротора путем регулирования тока в его обмотке. Это происходит за счет использования блока автоматической регулировки ( AVR ). Основным достоинством синхронного генератора является высокая стабильность выходного напряжения. Несовершенство синхронных генераторов – это возможность перегрузки по току, так как при превышении допустимой нагрузки, регулятор может слишком сильно поднять то к в обмотке ротора. Также синхронные генераторы требует периодического обслуживания, пусть и не очень частого [5] .

II . Синхронный генератор – тип генератора, который способен кратковременно выдавать ток в 3-4 раза выше номинального. Также синхронные генераторы оптимальны для подключения оборудования с высокими стартовыми токами. Это электродвигатели, насосы, компрессоры, дисковые пилы и прочий электроинструмент. Для подключения сварочных аппаратов тоже желательно использовать электростанции с синхронными генераторами.

I .Асинхронный генератор – асинхронный двигатель, работающий в режиме торможения. В этом случае ротор вращается в одном направлении с магнитным полем стартера, но с опережением.

Различают короткозамкнутые и фазные роторы в зависимости от типа обмотки. Вращающееся магнитное поле, создаваемое вспомогательной обмоткой стартора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке стартора, тоже принцип, что в синхронном генераторе. Вращающееся магнитное поле остается всегда неизменным и не поддается регулировке, поэтому частота и напряжение на выходе генератора зависят от частоты оборотов ротора, которые в свою очередь, зависят от стабильности работы двигателя электростанции.

Читайте также:  Выращивание томатов в открытом грунте в подмосковье

Генераторы асинхронного типа имеют малую чувствительность к короткому замыканию и высокую степень защиты от внешних воздействий. О классах защиты мы поговорим немного позднее. Цена генераторов такого типа ниже, что является еще одним плюсом.

Асинхронные генераторы менее распространены из-за ряда недостатков: такой генератор потребляет намагничивающий ток значительной силы, поэтому для его работы требуются конденсаторы; ненадежность работы в экстремальных условиях; зависимость напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя.

II . Асинхронный генератор – генератор, который можно использовать только с приборами не имеющими высоких стартовых токов и устойчивыми к незначительным перепадам напряжения. Такие генераторы стоят дешевле чем синхронные и имеют более высокий класс защиты от внешних условий.

Классы защиты генераторов

Этот параметр обозначается буквами ( IP ) и двумя цифрами, которые и несут смысловую нагрузку. Разберемся поподробнее.

Синхронные генераторы сейчас чаще всего соответствуют классу IP 23, тогда как асинхронные – IP 54. Хотя в последнее время все больше производителей начинают выводить на рынок синхронные генераторы с таким же высоким классом защиты ( IP 54) как и у асинхронных генераторов. Такая разница в классах защиты объясняется конструктивными особенностями генераторов обоих типов. На синхронном генераторе находятся катушки индуктивности, а асинхронный генератор имеет более простую конструкцию (еще говорят «закрытую»), поскольку его ротор напоминает маховик.

• 0-защита отсутствует
• 1-защита от предметов > 50 мм
• 2-защита от предметов > 12 мм
• 3-защита от предметов > 2.5 мм
• 4-защита от предметов > 1 мм
• 5-защита от пыли

Вторая цифра означает:

• 0-защита отсутствует
• 1-защита от вертикально падающих капель воды
• 2-защита от капель воды, падающих под углом 15 градусов к вертикали
• 3-защита от брызг воды, падающих под углом 60 градусов к вертикали
• 4-защита от водяной пыли, распыленной со всех сторон
• 5-защита от струй воды со всех сторон

Надеемся, что после прочтения этой статьи Вам станет немного проще выбрать генератор, который подойдет Вам больше всего.

Специалисты интернет магазина

генераторов и электростанций «Мега-ватт»

[1] Статор (англ. stator, от лат. sto — стою) электромашины, неподвижная часть электрической машины, выполняющая функции магнитопровода и несущей конструкции. Стартор состоит из сердечника и станины.

[2] Ротор в технике [от лат. roto — вращаю (сь)], 1) вращаюшаяся часть двигателей и рабочих машин, на которой расположены органы, получающие энергию от рабочего тела

[3] Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил (Eex). В замкнутом контуре (L) тогда ЭДС будет равна:

, где dl — элемент длины контура.

ЭДС, так же как и напряжение, измеряется в вольтах.

[4] При вращении ротора его магнитное поле наводит в трёхфазной обмотке статора переменную эдс, частота которой f = р . п, где р и n — соответственно число пар полюсов и частота вращения ротора. Быстроходные С. г. (турбогенераторы) имеют малое число пар полюсов (р = 1, 2), а в тихоходных (гидрогенераторах) р достигает нескольких десятков. Величина эдс регулируется изменением тока в обмотке ротора.

[5] Щеточный узел требует замены или ремонта.

Ссылка на основную публикацию
Чем обрезать защитное стекло
Если вы задались вопросом обрезки защитного стекла на Iphone 11, значит на вашу модель смартфона скорее всего не нашлось оригинального...
Чем лучше уплотнить резьбовое соединение водопровода
Какие бы сантехнические работы не проводились, какие бы системы трубопровода не использовались, резьбовых соединений не избежать. Естественно, уплотнение стыка должно...
Чем меньше витков тем больше сопротивление
Вот удивляюсь я народу. Вроде человек нормально спросил, зачем в школу отправлять? Может он гуманитарий - как я!? Вот для...
Чем обшить брусовой дом внутри
Во все времена деревянные дома пользовались большой популярностью. Сейчас положение дел не изменилось и большинство людей, желающих иметь жилье на...
Adblock detector