Принцип работы переменного тока: Генератор переменного тока. Устройство и принцип действия

Содержание

Устройство и принцип работы генератора переменного тока

Мироздание предоставило человечеству триллион способов получить электричество, каждый этап развития характеризуется собственными технологиями. Допустим, исторически первым считают генератор постоянного заряда Ван де Граафа. Неверная точка зрения. Люди пользовались прежде другими разновидностями. Сегодня рассмотрим устройство, принцип работы генератора переменного тока. Приступим.

Работа генераторов электрического тока

Принцип призван создать потенциал относительно Земли, считаемую нулем. Неправильно, но все в мире относительно. Хотя земная поверхность несет заряд, играет роль разница потенциалов меж клеммами генератора и почвой. Стоящий на грунте предмет обволакивается полем планеты, считаем постулат верным. Первым изобретен генератор постоянного тока. Скорее напряжения. Вольтаж получался фантастический, тока приборчик давал мало. Принцип действия прост:

Принцип действия генератора

  1. Лента трется, локально формируется заряд.
  2. Путем конвейерного механизма участок достигает токоснимателя.
  3. Проводимостью клеммы вида шара плотность уравнивается.

В результате сфера приобретает заряд, плотностью равный локальному ленты. Понятно, такие генераторы не слишком удобны, в 1831 году Майкл Фарадей создает нечто новое. Пользуясь намагниченной лошадиной подковой, вращающимся медным диском получил электричество по-иному: явлением магнитной индукции. Ток выходил переменный. Следовательно, поле перестало быть статическим, став электромагнитным. Поясним:

  • В природе часто встречаются заряды электричества положительного или отрицательного знака, никто не сумел разыскать отдельно полюсы магнита.
  • Переменное электрическое поле вызывает соответствующий отклик эфира. Выражен продуцированием переменной магнитной составляющей в плоскости перпендикулярной исходной.

Процесс продолжается беспрерывно, называется электромагнитной волной. Осваивает свободное пространство прямолинейно, пока энергия затухает. Что касается проводов, электричество распространяется сравнительно просто. Но! Пока кабель снабжен оплеткой. Экран пропал, зануление (заземление) отсутствует – волна начинает излучаться. Эффект эксплуатируют беспроводные отвертки-индикаторы, помогают установить (локализовать) источники помех промышленной частоты 50 Гц. И если системный блок компьютера не заземлен, при помощи вещички можно легко исправить недочет.

Помогает проверить вредоносное излучение дисплеев. Частота 50 Гц легко излучается проводами. Аспект увеличивает расходы электростанций (потери), вредит здоровью граждан. Как возникает энергия в генераторе Фарадея? Объясняли школьные учителя: при вращении рамки в поле магнита индукция через площадь меняется, наводится электрический ток.

Механическая энергия движения преобразуется в электрическую. Догадались, человечество эксплуатирует:

  1. Падение с плотины вниз масс воды.
  2. Энергию пара тепловых, атомных электростанций.

Два главнейших механизма получения энергии. Электричество становится движение лопасти турбины генератора. Природа родила устройства, сжигающие дизельное топливо, керосин, принцип действия мало отличается. Разница ограничена мобильностью, скоростью вращения лопасти.

Выработка электрической энергии городов

Посмотрим устройство генератора тока ГЭС. Для накопления потенциальной энергии движимой руслом реки водами воздвигается плотина. Уровень вверх по течению быстро начинает подниматься. Чтобы избежать прорыва (любого типа), часть многотонной массы стравливается (кое-где ставят специальные шлюзы пропускать рыбу на нерест). Полезная часть течения проходит сквозь направляющий аппарат. Знакомые с устройством реактивных двигателей, поняли речь. Направляющим аппаратом называется конфигурация створок, изменением положения регулируется количество проходящей среды (водя).

Говорили в обзорах, регламентированы жесткие требования на частоту вырабатываемого электричества. Ученые просчитали: можно достичь при нынешнем уровне развития, применяя массивные лопасти, на которых не сказываются малые удары волн. Учитывается средняя масса проходящей воды, мелкие скачки скрадываются несусветной массой винта. Очевидно, имея весомые габариты, скорость вращения бессильна составить 50 Гц (3000 об/мин). Лопасть делает 1-2 об/мин.

Линии электропередач

Винт вращает ротор генератора. Движущаяся ось, усаженная обмотками возбуждения. Катушки, сквозь которые пропускается постоянный ток для создания устойчивого магнитного поля. Излучения не происходит, значение напряженности постоянное (см. выше). Наблюдаются неявные флуктуации, результат не отражается на сути процесса: валу образован несколькими вращающимися магнитами.

Возникает тонкий момент: как получить частоту 50 Гц. Быстро пришли к выводу: выпрямлять переменный ток, после ставить инвертор обратного преобразования невыгодно. Вдоль статора расположили множество проволочных катушек (рамка из опытов Фарадея), в которых будет наводиться индукция. Путем правильной коммутации с генератора удается снять нужные 230 вольт (на деле стоят еще понижающие трансформаторы) с частотой 50 Гц. Генераторы дают три фазы, сдвинутые на 120 градусов. Возникает новый вопрос – обеспечить стабильность. Подавать дозированное количество воды, пока лопасть набирает скорость? Практически невозможно, поступают следующим образом:

  1. Помимо токосъемных катушек статоре содержит возбуждающие.
  2. Туда подается напряжение частоты, позволяющей лопасти набрать нужную скорость.
  3. Получается фактически громадный синхронный двигатель.

Начальный разгон нагоняется потоком воды, вспомогательное напряжение придерживает винт, пытающийся превысить заданную скорость. Вода фактически толкает махину, напряжение возбуждения послужит регуляции (понятно, на статор подается переменный ток). Требуется получить больше мощности, направляющий аппарат плотины чуть приоткрывается. Масса воды становится более солидной, непременно сорвала бы обороты. Приходится увеличивать ток возбуждения статора, контролирующее поле становится сильнее, ситуация остается в нормальных пределах.

Двигатель внутреннего сгорания Катерпиллер, вращающий генератор

Мощность генератора возрастает. А напряжение, поддерживается уровень? По закону электромагнитной ЭДС Фарадея напряжение определено скоростью изменения магнитного поля, числом витков. Получается, конструктивно выбирая площадь катушек, длину кабеля, задаем выходное напряжение генератора. Разумеется, каждый должен иметь свою скорость вращения лопасти. Выдерживается током возбуждения ротора. При возрастании мощности увеличивается ЭДС. Рост тока возбуждения повышает скорость изменения магнитной напряженности поля.

Нужен способ поддержания прежних параметров. Зачастую становятся развязывающие трансформаторы с переменным коэффициентом передачи. Потребитель меняет ток, напряжение остается постоянным. Обеспечиваются заданные стандартами параметры. Устройство генератора переменного тока основано на возбуждении обмоток статора, остальное сводится к методикам регуляции параметров.

Регулировка параметром генераторов переменного тока

В простейшем случае мощность не поддается изменению. В бытовых (мелких генераторах) схема отслеживает напряжение, меняется значение тока возбуждения. Редко ситуация на руку потребителю. Расходуется солярка. Получается, тратится прежняя энергия, часть рассеивается пространством. Не страшно, когда возвращаем Земле часть скорости реки, жечь топливо задаром редкий скупец захочет.

Читатели поняли: обороты сорвутся, если не уменьшить подачу воды, газа, пара – в общем, движущей силы. Отслеживает отдельная цепь регуляции, снабженная регулировочными механизмами. Частному дому лучше создать систему аккумуляторную, сегодня имеется возможность 12 вольтами постоянного тока питать освещение, ноутбуки, многие другие приборы. Сеть возможно оборудовать отводом для периодического заряда батарей. Методик, как помним, две:

Простая схема работы генератора

  1. С постоянным током. Напряжение варьируется, каждый час заряжается одна десятая емкости. Длительность процесса – 600 минут.
  2. С постоянным напряжением. Ток падает по экспоненте, вначале составит сравнительно большие величины. Главный недостаток методики.

Принцип действия генератора переменного тока позволит вести подзарядку аккумуляторов, руководствуясь необходимостью. Понятно, потребуется цепь гальванической развязки перед каскадом батарей. Можно догадаться из прочитанного, ГЭС применяют устройства с подстраиваемым коэффициентом трансформации. Методики реализации затеи могут быть разными:

  1. Широкое распространение получили трансформаторы с коммутируемыми обмотками. Число витков может меняться путем переключения контакторами цепей.
  2. Более плавный коэффициент обеспечивает скользящий контакт. Здесь витки одной катушки зачищены, токосъемник бегает взад-вперед, меняя число рабочих витков. Понятно, большой ток пропустить сложно, будет возникать искра, в случае ГЭС станет дугой. Скорее устройство регулирования сравнительно малых мощностей.

Из сказанного следует: ток возбуждения ротора ГЭС логично менять скачками в такт переключению обмоток регулирующего трансформатора. Потом происходит плавная подстройка, параметры напряжения приходят в норму. Рассказали в общих чертах, как работает генератор переменного тока. Стоит отметить: конструкцией многообразие не исчерпано. Описанный вид устройств составляет костяк семейства под названием синхронные генераторы переменного тока. Обеспечивают города, по большей части, энергией.

Асинхронный генератор переменного тока

Асинхронные генераторы отличаются отсутствием электрической связи меж статором и ротором. Скорость регулируется направляющим аппаратом. Сообразно стабильность частоты падает, амплитуда напряжения также носит непостоянный характер. В результате можно отметить относительную простоту конструкции асинхронного генератора переменного тока, стабильность параметров не блещет хорошими показателями.

Отличительной чертой назовем способность недостатков асинхронных двигателей плавно перекочевывать, заражая новые устройства. Очевидно, для снабжения потребителей энергией регулируют частоту тока, мощность получается случайной. Хотя, если генератор находится в относительно постоянном окружении, сказанное не окажется большой проблемой.

На каком принципе основана работа генераторов переменного тока

С помощью генераторов переменного тока механическая энергия преобразуется в электрическую. Они получили широкое распространение в промышленности и других областях. Для того чтобы эксплуатация была наиболее оптимальной, необходимо знать, на каком принципе основана работа генераторов переменного тока. Всем известно, что в основе действия таких агрегатов лежит вращение магнитного поля. Это позволяет максимально упростить их конструкцию и вырабатывать потребное количество электроэнергии.

Составные части и узлы генератора

Основной функцией генератора переменного тока является преобразование механической энергии вращения в электрическое напряжение. Эти устройства могут достигать огромных размеров и использоваться для производства энергии на электростанциях. Маленькие агрегаты применяются не только в промышленности, но и в быту, например, в автомобилях или в качестве резервного источника питания.

Конструкция стандартного генератора состоит из двух основных частей: неподвижного элемента – статора и вращающейся части – ротора. Статор, изготовленный в виде полого цилиндра, содержит магнитную систему. Она представляет собой стальные листы, смонтированные в пакет. Внутри пластин имеются пазы с изоляцией из фторопластовой пленки или другого диэлектрика. Каждый паз содержит обмотку в виде катушки из медного провода, исполняющей роль одной фазы с параллельным или последовательным соединением витков.

Определенная часть катушки выступает из пазов и носит название лобового соединения. В каждой обмотке имеется вывод, соединяющийся в общей точке. На данном месте соединения выполняется изоляция, исключающая соприкосновение с корпусом и другими деталями. Подобное соединение известно, как «звезда», а снятие напряжения осуществляется со всех трех концов.

Вторая основная деталь – ротор, изготавливается в виде массивного стального сердечника и обмотки возбуждения. В большинстве конструкций вал находится в горизонтальном положении, однако на гидроэлектростанциях применяется вертикальное расположение. Охлаждение работающего генератора может быть водяным, воздушным, масляным или водородным.

Принцип действия генераторов

Работа генератора переменного тока основана на электромагнитной индукции. Для получения переменного напряжения требуется задействовать катушку с постоянным электрическим током. Под его воздействием в возбуждающей обмотке образуется магнитное поле. Схема дополняется стальной системой, имеющей полюса для подводки магнитного поля к катушкам. Данная система представляет собой уже рассмотренную статорную обмотку. При вращении ротора, катушки статора поочередно взаимодействуют с разноименными полюсами.

Силовая обмотка статора,как правило, неподвижна. Движение ротора осуществляется с помощью прикладываемой к нему механической энергии. Обычно используется сила ветра, воды, различные виды цепных или ременных передач, способных передавать энергию вращения.

Толчком к началу работы генератора служит подача напряжения к его обмотке возбуждения. Это приводит к созданию электромагнитного поля, которое осуществляет индукцию напряжения в катушках статора под действием вращающегося ротора. Если на обмотке возбуждения увеличивается напряжение, то напряжение автоматически повышается и на катушках статорной обмотки. При уменьшении напряжения происходит обратный процесс. Напряжения на катушку возбуждения может подавать сам генератор. Подобные конструкции относятся к категории самовозбуждающихся устройств.

Как работает трёхфазный генератор переменного тока

Принцип работы генератора переменного тока кратко

Электрический ток является основным видом энергии, совершающим полезную работу во всех сферах человеческой жизни. Он приводит в движение разные механизмы, дает свет, обогревает дома и оживляет целое множество устройств, которые обеспечивают наше комфортное существование на планете. Поистине, этот вид энергии универсален. Из нее можно получить все что угодно, и даже большие разрушения при неумелом использовании.

Но было время, когда электрические эффекты все так же присутствовали в природе, но никак не помогали человеку. Что же изменилось с тех пор? Люди стали изучать физические явления и придумали интересные машины – преобразователи, которые, в общем, и сделали революционный скачок нашей цивилизации, позволив человеку получать одну энергию из другой.

Так люди научились вырабатывать электричество из обычного металла, магнитов и механического движения – только и всего. Были построены генераторы, способные выдавать колоссальные по мощности потоки энергии, исчисляемые мегаваттами. Но интересно, что принцип действия этих машин не так уж сложен и вполне может быть понятен даже подростку. Что же такое генератор электрического тока? Попробуем разобраться в этом вопросе.

Эффект электромагнитной индукции

Основой появления в проводнике электрического тока является электродвижущая сила – ЭДС. Она способна заставить перемещаться заряженные частицы, которых много в любом металле. Эта сила появляется только в случае, если проводник испытывает на себе изменение интенсивности магнитного поля. Сам эффект получил название электромагнитной индукции. ЭДС тем больше, чем больше скорость изменения потока магнитных волн. То есть, можно возле постоянного магнита перемещать проводник, или на неподвижный провод влиять полем электромагнита, меняя его силу, эффект будет один и тот же – в проводнике появится электрический ток.

Над этим вопросом в первой половине XIX века работали ученые Эрстед и Фарадей. Они же и открыли это физическое явление. В последствии на основе электромагнитной индукции были созданы генераторы тока и электродвигатели. Интересно, что эти машины легко могут быть преобразованы друг в друга.

Как работают генераторы постоянного и переменного тока

Понятно, что генератор электрического тока – это электромеханическая машина, вырабатывающая ток. Но на самом деле она есть преобразователь энергии: ветра, воды, тепла, чего угодно в ЭДС, которая уже вызывает ток в проводнике. Устройство любого генератора принципиально ничем не отличается от замкнутого проводящего контура, который вращается между полюсами магнита, как в первых опытах ученых. Только намного больше величина магнитного потока, создаваемого мощными постоянными или чаще электрическими магнитами. Замкнутый контур имеет вид многовитковой обмотки, которых в современном генераторе не одна, а минимум три. Все это сделано для того, чтобы получить как можно большую ЭДС.

Стандартный электрический генератор переменного тока (или постоянного) состоит из:

  • Корпуса. Выполняет функцию рамы, внутри которой крепят статор с полюсами электромагнита. В нем установлены подшипники качения роторного вала. Его изготавливают из металла, он также защищает всю внутреннюю начинку машины.
  • Статора с магнитными полюсами. На нем закреплена обмотка возбуждения магнитного потока. Его выполняют из ферромагнитной стали.
  • Ротора или якоря. Это подвижная часть генератора, вал которой приводит во вращательное движение посторонняя сила. На сердечнике якоря располагают обмотку самовозбуждения, где и образуется электрический ток.
  • Узла коммутации. Этот элемент конструкции служит для отведения электричества с подвижного вала ротора. Он включает в себя проводящие кольца, которые подвижно соединены с графитовыми токосъемными контактами.

Создание постоянного тока

В генераторе, продуцирующем постоянный ток, проводящий контур вращается в пространстве магнитной насыщенности. Причем за определенный момент вращения каждая половина контура оказывается вблизи того или иного полюсника. Заряд в проводнике за этот полуоборот движется в одном направлении.

Чтобы получить съем частиц, сделан механизм отвода энергии. Его особенность в том, что каждая половина обмотки (рамки) соединена с токопроводящим полукольцом. Полукольца между собой не замкнуты, а закреплены на диэлектрическом материале. За период, когда одна часть обмотки начинает проходить определенный полюс, полукольцо замыкается в электрическую схему щеточными контактными группами. Получается, на каждую клемму приходит только одного вида потенциал.

Правильнее назвать энергию не постоянной, а пульсирующей, с неизменной полярностью. Пульсация вызвана тем, что магнитный поток на проводник при вращении оказывает как максимальное, так и минимальное влияние. Чтобы эту пульсацию выровнять, применяют несколько обмоток на роторе и мощные конденсаторы на входе схемы. Для уменьшения потерь магнитного потока зазор между якорем и статором делают минимальным.

Схема генератора переменного тока

Когда происходит вращение подвижной части генерирующего ток устройства, в проводниках рамки также наводится ЭДС, как и в генераторе постоянного тока. Но небольшая особенность – генератор переменного тока устройство коллекторного узла имеет другое. В нем каждый вывод соединен со своим токопроводящим кольцом.

Принцип работы генератора переменного тока следующий: когда половина обмотки проходит возле одного полюса (другая, соответственно, возле противоположного полюса), в цепи движется ток в одном направлении от минимума к наивысшему своему значению и снова к нулю. Как только обмотки меняют свое положение относительно полюсов, ток начинает свое движение в обратном направлении с той же закономерностью.

При этом на входе схемы получается форма сигнала в виде синусоиды с частотой полуволн, соответствующей периоду вращения вала ротора. Для того, чтобы получить на выходе стабильный сигнал, где частота генератора переменного тока постоянна, период вращения механической части должен быть неизменным.

Магнитные генераторы газового типа

Конструкции генераторов тока, где вместо металлической рамки как носитель зарядов используют токопроводящую плазму, жидкость или газ, получили название МГД-генераторов. Вещества под давлением прогоняют в поле магнитной напряженности. Под воздействием все той же ЭДС индукции заряженные частицы обретают направленное движение, создавая электрический ток. Величина тока прямо пропорциональна скорости прохождения через магнитный поток, а также его мощности.

Генераторы МГД имеют более простое конструктивное решение – в них отсутствует механизм вращения ротора. Такие источники питания способны выдавать большие мощности энергии в короткие промежутки времени. Их применяют в качестве резервных устройств и в условиях экстренных аварийных ситуаций. Коэффициент, определяющий полезное действие (КПД) этих машин выше, чем имеет электрический генератор переменного тока.

Генератор синхронный переменного тока

Существуют такие типы генераторов переменного тока:

  • Машины синхронные.
  • Машины асинхронные.

Синхронный генератор переменного тока имеет строгую физическую зависимость между вращательным движением ротора и генерируемой частотой электричества. В таких системах ротор – это электромагнит, собранный из сердечников, полюсов и возбуждающих обмоток. Последние запитываются от источника постоянного тока посредством щеток и кольцевых контактов. Статор же представляет собой катушки провода, соединенные между собой по принципу звезды с общей точкой – нолем. В них уже наводится ЭДС и вырабатывается ток.

Вал ротора приводится в движение посторонней силой, обычно турбинами, частота движения которых синхронизирована и постоянна. Электрическая цепь, подключаемая к такому генератору, представляет собой трехфазную схему, частота тока в отдельной линии которой смещена на фазу в 120 градусов относительно других линий. Чтобы получить правильную синусоиду, направление магнитного потока в просвете между статорной и роторной частью регулируют конструкцией последних.

Возбуждение генератора переменного тока реализуют двумя методами:

В схеме контактного возбуждения на обмотки электромагнита через щеточную пару подают электроэнергию с другого генератора. Этот генератор может быть совмещен с валом основного. Он, как правило, имеет меньшую мощность, но достаточную, чтобы создать сильное магнитное поле.

Бесконтактный принцип предусматривает, что синхронный генератор переменного тока на валу имеет дополнительные трехфазные обмотки, в которых при вращении наводится ЭДС и вырабатывается электричество. Оно через выпрямляющую схему поступает на катушки возбуждения ротора. Конструктивно в такой системе отсутствуют подвижные контакты, что упрощает систему, делая ее более надежной.

Асинхронный генератор

Существует асинхронный генератор переменного тока. Устройство его отличается от синхронного. В нем нет точной зависимости ЭДС от частоты с которой вал ротора вращается. Присутствует такое понятие как «скольжение S», которое характеризует эту разницу влияния. Величина скольжения определяется вычислением, так что неправильно думать, будто бы нет закономерности электромеханического процесса в асинхронном двигателе.

Если генератор, работающий вхолостую, нагрузить, то протекающий в обмотках ток будет создавать магнитный поток, препятствующий вращению ротора с заданной частотой. Так образуется скольжение, что, естественно, влияет на выработку ЭДС.

Современный асинхронный генератор переменного тока устройство подвижной части имеет в трех разных исполнениях:

  1. Полый ротор.
  2. Короткозамкнутый ротор.
  3. Фазный ротор.

Такие машины могут иметь само- и независимое возбуждение. Первая схема реализуется за счет включения в обмотку конденсаторов и полупроводниковых преобразователей. Возбуждение независимого типа создается дополнительным источником переменного тока.

Схемы включения генераторов

Все мощные источники питания линий электропередач вырабатывают трехфазный электрический ток. Они содержат в себе три обмотки, в которых образуются переменные токи со смещенной друг от друга фазой на 1/3 периода. Если рассматривать каждую отдельную обмотку такого источника питания, то получим однофазный переменный ток, идущий в линию. Напряжение в десятки тысяч вольт может вырабатывать генератор. 220 В потребитель получает с распределительного трансформатора.

Любой генератор переменного тока устройство обмоток имеет стандартное, но подключение к нагрузке бывает двух типов:

Принцип работы генератора переменного тока, включенного звездой, предполагает объединение всех проводов (нулевых) в один, которые идут от нагрузки обратно к генератору. Это обусловлено тем, что сигнал (электрический ток) передается в основном через выходящий провод обмотки (линейный), который и называют фазой. На практике это очень удобно, ведь не нужно тянуть три дополнительных провода для подключения потребителя. Напряжение между линейными проводами и линейным и нулевым проводом будут отличаться.

Соединяя треугольником обмотки генератора, их замыкают друг с другом последовательно в один контур. Из точек их соединения выводят линии к потребителю. Тогда вообще не нужен нулевой провод, а напряжение на каждой линии будет одинаковым независимо от нагрузки.

Преимуществом трехфазного тока перед однофазным является его меньшая пульсация при выпрямлении. Это положительно сказывается на питаемых приборах, особенно двигателях постоянного напряжения. Также трехфазный ток создает вращающийся поток магнитного поля, который способен приводить в движение мощные асинхронные двигатели.

Где применимы генераторы постоянного и переменного тока

Генераторы постоянного тока значительно меньше по размерам и массе, чем машины переменного напряжения. Имея более сложное конструктивное исполнение чем последние, они все же нашли применение во многих отраслях промышленности.

Основное распространение они получили в качестве высокооборотных приводов в машинах, где требуется регулирование частоты вращения, например, в металлообрабатывающих механизмах, подъемниках шахт, прокатных станах. В транспорте такие генераторы установлены на тепловозах, различных судах. Множество моделей ветрогенераторов собраны на базе источников постоянного напряжения.

Генераторы постоянного тока специального назначения применяют в сварке, для возбуждения обмоток генераторов синхронного типа, в качестве усилителей постоянного тока, для питания гальванических и электролизных установок.

Назначение генератора переменного тока – вырабатывать электроэнергию в промышленных масштабах. Такой вид энергии подарил человечеству Никола Тесла. Почему именно изменяющий полярность ток, а не постоянный нашел широкое применение? Это связано с тем, что при передаче постоянного напряжения идут большие потери в проводах. И чем длиннее провод, тем потери выше. Переменное напряжение можно транспортировать на огромные расстояния при гораздо меньших затратах. Причем легко можно преобразовывать переменное напряжение (понижая и повышая его), который выработал генератор 220 В.

Заключение

Человек до конца не познал природу магнетизма, который пронизывает все вокруг. И электрическая энергия – это лишь малая часть открытых тайн мироздания. Машины, которые мы называем генераторами энергии, по сути очень просты, но то, что они могут нам дать, просто поражает воображение. Все же настоящее чудо здесь не в технике, а в мысли человека, которая смогла проникнуть в неисчерпаемый резервуар идей, разлитых в пространстве!

Генератор переменного тока — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

В последнее время широкое распространение получили генераторы переменного тока, выгодно отличающиеся от генераторов постоянного тока своими габаритными размерами и способностью вырабатывать ток заряда при меньшей частоте вращения коленчатого вала двигателя. Они имеют повышенную надежность.

Генераторы переменного тока используют на гусеничных и колесных машинах (например, на КамАЗ-4310 и КЗКТ-7428). По своей конструкции генераторы переменного тока отличаются от коллекторных генераторов постоянного тока. У них почти вдвое меньше масса и втрое — расход меди. Благодаря более раннему началу отдачи зарядного тока (с момента приведения во вращение вала двигателя на режиме холостого хода) такие генераторы имеют существенно лучшие зарядные свойства по сравнению с генераторами постоянного тока.

Генератор переменного тока представляет собой трехфазную синхронную электромашину с электромагнитным возбуждением и выпрямителем. Генератор работает совместно с регулятором напряжения, обеспечивающим поддержание в электросети машины (с определенным допуском) требуемого постоянного напряжения.

Рис. Схема генератора переменного тока:
1 — ротор; 2 — статор; 3, 9 — шарикоподшипники; 4 — шкив привода; 5 — вентилятор; 6, 10 — крышки; 7 — выпрямитель; 8 — контактные кольца; 11 — щеткодержатель; 12 — обмотка возбуждения; 13 — винты крепления фазовых обмоток статора к выпрямителю; 14 — винт «массы»

Принцип действия генератора переменного тока

Конструкции электрических генераторов переменного тока различны, но принцип их действия одинаков. Рассмотрим один из таких генераторов.

Статор 2 генератора с трехфазной обмоткой выполнен в виде отдельных катушек, в витках которых при вращении ротора 1 индуцируется переменное напряжение. В каждой фазе имеется по шесть катушек, соединенных последовательно. Обмотка возбуждения 12 выполнена в виде катушки и помещена на стальной втулке клювообразных полюсов ротора, обмотки которого питаются постоянным током от аккумуляторной батареи или выпрямителя 7, устанавливаемого на выходе генератора. В крышке 10 имеются вентиляционные окна, через которые циркулирует охлаждающий поток воздуха. Моноблок-радиатор способствует охлаждению выпрямителя, собранного из кремниевых вентилей (диодов) с допустимой температурой нагрева 150 °С.

Интересным компоновочным решением конструкции генератора переменного тока является генераторная установка магистральных автопоездов МАЗ. Она состоит из генератора и интегрального регулятора напряжения (ИРН). Номинальное вырабатываемое напряжение установки 28 В, номинальная мощность 800 Вт. Регулятор вмонтирован в основание щеткодержателя генератора. В крышку генератора также вмонтирован выпрямительный блок БПВ 4-45. Регулятор состоит из резисторов, конденсаторов, стабилитронов, транзисторов и других элементов. Он снабжен переключателем сезонной регулировки («летняя» и «зимняя»). Элементы ИРН смонтированы на малогабаритной керамической плате, закрытой специальной крышкой и залитой герметиком, что делает конструкцию неразборной и неремонтируемой.

Published by Admin Under Генераторы on Июль 20, 2016

Генератор переменного тока – это машина, которая преобразует механическую энергию в энергию электрическую на основании закона электромагнитной индукции. Проводник перемещается в магнитном поле, силовые линии поля пересекают проводник, в результате чего в проводнике инициируется движение электронов, что в свою очередь приводит к возникновению электродвижущей силы. Если к концам проводника подключить нагрузку, то в проводнике возникнет ток.

Переменным ток называется по той причине, что в течение времени он меняется по своей величине и направлению. При чем, изменения эти носят периодический (синусоидальный) характер. На графике это выглядит следующим образом:

Нулевая точка – это начало отсчета. Дальше показано, как ток изменяется во времени.

Устройство генератора переменного тока

Генератор состоит из проводника, намотанного на стальной магнитопровод (якорь) и системы магнитов – обыкновенных или электрических. Электрическая энергия снимается с якоря при помощи угольных щеток, прилегающих к кольцу, к которому в свою очередь присоединены концы проводника.

Якорь – подвижная (вращающаяся) часть генератора, статор – неподвижная, создающая магнитное поле.

Если магнитное поле в генераторе наводится электромагнитами, то в паре с ним работает еще один генератор – возбудитель. В возбудителе магнитное поле наводится обыкновенными магнитами.

В движение якорь приводится различными механическими средствами, в зависимости от применения. На электростанции – это турбины (паровые, водяные). В бытовых генераторах якорь вращается механической энергией, получаемой за счет двигателя внутреннего сгорания.

Область применения

Переменный ток широко распространен. На сегодняшний день на переменном токе работает почти вся бытовая техника и промышленность. Связано это с тем, что переменный ток передается на большие расстояния, с гораздо меньшими потерями, нежели постоянный. Также, переменный ток, легко преобразуется в постоянный с помощью диодных выпрямителей. Постоянный ток, преобразовать в переменный невозможно.

Генераторы переменного тока используются на всех электростанциях.

Промышленные электрогенераторы переменного тока используются для обеспечения аварийного автономного питания больниц, школ, детских садов, торговых и промышленных объектов. Также промышленные генераторные установки используются при строительстве новых объектов, это позволяет использовать электрооборудование на участках, где отсутствуют другие источники электроэнергии.

В бытовых дизельных и бензиновых установках для различных целей. Это и обеспечение автономного питания, в случае отключения линии электроэнергии, и ее получение в местах, где линия электропередач отсутствует.

устройство, принцип работы и схемы подключения, виды генераторов, особенности их конструкции и работы

Генераторный узел представляет собой электродвигатель, предназначенный для преобразования механической энергии в электрическую. В зависимости от типа и назначения габариты, устройство и принцип работы генераторов переменного тока могут будут отличаться.

Содержание

Открытьполное содержание

[ Скрыть]

Как работает генератор переменного тока?

Работа генератора заключается в создании электродвижущей силы в проводнике под действием изменяющегося магнитного поля.

Схема и устройство простейшего генератора

По конструкции электрогенератор включает в себя следующие элементы:

  • вращающаяся индукторная составляющая, называющаяся рамкой;
  • движущая щеточная часть;
  • коллекторное приспособление, оснащенное щетками, предназначенное для отвода напряжения;
  • магнитное поле;
  • контактные кольца.

Схема простейшего генераторного устройства переменного тока

Принцип действия

Образование электродвижущей силы в обмотках статорного механизма осуществляется после появления электрополя. Для последнего характерны вихревые образования. Данные процессы происходят в результате изменения магнитного потока. Причем последний меняется из-за быстрого вращения роторного механизма.

Ток от него поступает в электроцепь посредством контактных элементов, выполненных в виде деталей скольжения. Для более упрощенного прохождения напряжения к концам обмотки производится подсоединение колец. К этим контактным составляющим подключаются неподвижные щеточные элементы. С их помощью между электропроводкой и обмоткой роторного устройства появляется связь.

В витках магнитного элемента происходит образование поля, в нем формируется ток небольшой величины. По сравнению с напряжением, которое выдает простейший генераторный агрегат на внешнюю электроцепь. Если узел характеризуется небольшой мощностью, то в нем поле образует постоянный магнит, который может прокручиваться. Благодаря такому устройству и принципу работы генератора переменного тока в целом упрощается вся система. Поэтому из конструкции можно убрать щетки и контактные элементы.

Канал «Top Generators» наглядно и схематично в видеоролике показал принцип функционирования агрегата.

Основные виды генераторов переменного тока

Между собой устройства, позволяющие генерировать напряжение, делятся на синхронные и асинхронные. Они могут использоваться в различных сферах жизнедеятельности, но работать будут по разному принципу.

Синхронный генератор

Одним из свойств такого типа устройств является то, что частота тока, который оно воспроизводит, пропорциональна скорости вращения роторного механизма.

Между собой синхронные агрегаты делятся на несколько типов:

  1. Повышенной частоты. В основе принципа функционирования устройства лежит процесс изменения магнитного потока, достигающегося путем вращения роторного механизма касательно неподвижного статора. Такой тип агрегатов используется преимущественно для питания антенн длинноволновых станций на расстоянии до 3 км. Подключать устройства для работы с более короткими волнами не получится, поскольку необходимо увеличить значение частоты.
  2. Гидротурбинные агрегаты работают за счет активации гидравлической турбины, которая приводит в движение узел. В таких устройствах роторный механизм устанавливается на одном шкиве с колесом турбинного элемента. Его мощность может составить до 100 тысяч кВт, если скорость вращения будет 1500 оборотов в минуту, а напряжение — до 16 тыс. В. По массе и габаритам такой тип агрегатов считается самым большим, поскольку в них диаметр одного ротора составляет 15 метров. На величину мощности кружения турбины влияют три параметра — скорость вращения, длина электролинии, а также маховый момент роторного механизма.
  3. Паротурбинные агрегаты, которые приводятся в действие посредством активации паровой турбины. Такой тип устройств функционирует со скоростью вращения 1,5-3 тысячи оборотов в минуту и они бывают двухполосными и четырехполосными. Роторный механизм выполнен в виде большого железного цилиндра, оснащенного прямоугольными пазами, внутри элемента располагается обмотка возбуждения. Корпус статорного устройства всегда неразъемный и выполнен из стали. Общий диаметр агрегата составляет до 1 метра, однако длина его ротора может быть до 6,5 м.
Схема и устройство

Синхронный агрегат конструктивно включает в себя два основных элемента:

  1. Ротор. Это подвижная составляющая оборудования. Она предназначена для преобразования системы вращающихся электрических магнитов, которые питаются от внешнего источника.
  2. Статорный механизм или неподвижная составляющая агрегата. В обмотке этого устройства посредством образования магнитного поля появляется ЭДС, которая идет на наружную электроцепь оборудования. Благодаря таким конструктивным особенностям в цепях нагрузок синхронных электрогенераторов не используются скользящие контакты. Магнитный поток от оборудования, который появляется посредством вращения ротора, возбуждается от стороннего источника. Последний монтируется на общем валу или может подключаться к нему с помощью муфты либо ременной передачи.

Схематическое устройство синхронного генераторного агрегата

Особенности работы

Принцип действия может незначительно отличаться в зависимости от типа устройства — явнополюсного либо неявнополюсного. Количество пар полюсных элементов роторного механизма определяется скоростью вращения узла. Если частота образующейся ЭДС составляет 50 Гц, то при 3 тысячах об/мин неявнополюсное устройство обладает одной парой полюсов. В явнополюсных агрегатах, вращающихся при 50-750 оборотах в минуту, количество пар полюсных элементов составит от 60 до 4.

В маломощных синхронных агрегатах питание обмотки возбуждения осуществляется посредством воздействия выпрямленного тока. Электроцепь появляется в результате активации трансформаторных устройств, которые входят в общую цепь нагрузки узла. Также она включает в себя полупроводниковый выпрямительный блок, который может собираться по любой схеме, но обычно как трехфазный мост. Основная электроцепь включает в себя обмотку возбуждения агрегата с регулировочным реостатным устройством.

Процедура самовозбуждения оборудования состоит в следующем:

  1. При запуске установки в магнитной составляющей образуются небольшие ЭДС, это происходит благодаря явлению остаточной индукции. Одновременно в рабочей обмотке агрегата появляется ток.
  2. В результате ЭДС образуется во вторичных электрообмотках трансформаторных устройств. А в электроцепи появляется небольшой ток, который способствует усилению общей индукции магнитного поля.
  3. Увеличение параметра ЭДС осуществляется до момента, пока магнитная система агрегата не возбудится до конца.

Асинхронный генератор

Такой узел представляет собой устройство, производящее электроэнергию с использованием принципа действия асинхронного двигателя. Данный тип агрегатов именуется индукционным. Асинхронное устройство обеспечивает оперативный поворот роторного механизма, а его скорость вращения намного выше по сравнению с синхронным. Простой двигатель может применяться в качестве генераторной установки без дополнительных настроек.

Асинхронные агрегаты используются в разных сферах:

  • для моторов ветровых электрических станций;
  • для автономного питания жилых помещений и частных домов либо в качестве миниатюрных ГЭС-станций;
  • для инверторных агрегатов сварки;
  • с целью организации бесперебойного питания от переменного тока.
Схема и устройство

Схематическое подключение асинхронного агрегата

Основными составляющими элементами данного типа устройств считаются статорный механизм и ротор. Первый является неподвижным, а второй прокручивается внутри него. Ротор отделен от статорного механизма воздушным зазором. Чтобы снизить величину вихревых токов, сердечники составляющих элементов делаются из отдельных листов электротехнической стали. Их толщина в зависимости от производителя может составить от 0,35 до 0,5 мм. Сами листы оксидируются при изготовлении, то есть подвергаются термической обработке, что позволяет увеличить их поверхностное сопротивление.

Сердечник статорного механизма устанавливается внутрь станины, которая является наружной частью агрегата. На внутренней стороне детали располагаются пазы, в них находится обмотка. Статорная электрообмотка зачастую выполняется из катушек с небольшим шагом. В ее основе используется медный изолированный проводник.

Особенности работы

Асинхронный тип двигателей производит электроэнергию при увеличенной скорости прокручивания роторного механизма. Этот параметр всегда выше, чем у синхронных агрегатов. При прокручивании роторного устройства и выработки электричества потребуется сильный крутящий момент. Если в двигателе используется так называемый вечный холостой ход, это обеспечит равную скорость прокручивания в течение всего ресурса эксплуатации установки.

Схемы подключения

По числу использующихся фаз все генераторные агрегаты делятся на две группы:

  • однофазные;
  • трехфазные.

Однофазный генератор

Схема подключения оборудования с одной фазой

Этот тип устройств используется для работы с любыми потребителями электроэнергии, главное — чтобы они были однофазными.

Самые простые конструкции состоят из:

  • магнитного поля;
  • прокручивающейся рамки;
  • коллекторного устройства, предназначенного для отвода тока.

Благодаря наличию последнего в результате рамочного прокручивания через щетки образуется постоянный контакт с рамкой. Параметры тока, который меняется с учетом закона гармоники, будут разными и передаются на щеточный узел, а также в схему потребителей напряжения. На сегодняшний день однофазные агрегаты являются наиболее популярным типом автономного источника питания. Они могут использоваться для подключения практически всех бытовых электроприборов.

Трехфазный генератор

Такой тип устройств относится к классу универсальных, но более дорогих агрегатов. Отличительная особенность трехфазных генераторов заключается в необходимости постоянного и дорогостоящего технического обслуживания. Несмотря на это, данный тип установок получил наибольшее распространение.

Это обусловлено следующими преимуществами:

  1. В основе агрегата используется вращающееся круговое магнитное поле. Это обеспечивает возможность хорошей экономии при разработке оборудования.
  2. Трехфазные генераторы состоят из уравновешенной системы. Это обеспечивает ресурс эксплуатации агрегата в целом.
  3. В работе трехфазного устройства одновременно используется два напряжения — линейное и фазовое. Оба применяются в единой системе.
  4. Одно из основных преимуществ — повышенные экономические показатели. Это обеспечивает снижение материалоемкости силовых проводов, а также трансформаторных агрегатов. Благодаря данной особенности упрощается процедура передачи электричества на большие расстояния.
Схема соединения «звездой»

Данный тип подключения подразумевает электросоединение концов обмоток в определенной точке, которая именуется «нулем». При выполнении такого подсоединения нагрузку к генераторному узлу можно подать посредством трех или четырех кабелей. Проводники от начала обмоток считаются линейными. А основной кабель, который идет от нулевой точки, является нулем. Параметр напряжения между проводниками считается линейным (эта величина выше в 1,73 раза по сравнению с фазной).

Схема типа «звезда» для подключения трехфазного оборудования

Одной из основных особенностей данного варианта является равенство токов. Четырехпроводной тип «звезды» с нейтральным кабелем считается самым распространенным. Его использование позволяет предотвратить перекос фаз при подсоединении несимметричной нагрузки. К примеру, если на одном контакте она активная, а на другом — реактивная или емкостная. При использовании такого варианта обеспечивается максимальная защищенность включенного электрооборудования.

Схемы соединения «треугольником»

Данный метод подключения представляет собой последовательное подсоединение обмоток трехфазного агрегата. Конец первой намотки должен быть соединен с началом второй, а ее контакт — с третьей. Затем проводник от обмотки под номером 3 подсоединяется к началу первого элемента.

При такой схеме линейные кабели отводятся от точек подключения обмоток. Параметр линейного напряжения по величине соответствует фазному. А значение первого тока выше второго в 1,73 раза. Описанные свойства актуальны исключительно в случае равномерной нагрузки фаз. Если она будет неравномерной, то параметры необходимо пересчитать графическим или аналитическим способом.

Электросхемы соединений агрегата «треугольником»

Особенности генераторов с разными типами двигателя

Автомобильные и бытовые установки могут разделяться между собой в соответствии с видом топлива, на котором они функционируют. Генераторный узел может работать на бензине или дизеле.

Бензогенераторы

В таких устройствах источником механической энергии является двигатель. Агрегат относится к классу четырехконтактных карбюраторных ДВС. В бензогенераторах используются двигатели, рассчитанные на 1-6 кВт. В продаже можно встретить агрегаты, разработанные для функционирования при 10 кВт, с их помощью можно обеспечить питание всех световых и электроприборов в частном доме.

Бензогенераторы могут похвастаться невысокой стоимостью и длительным ресурсом эксплуатации, хотя по сравнению с дизельными — они немного меньше. Выбор агрегата осуществляется с учетом нагрузок, в условиях которых он будет функционировать. Если узел работает с большим пусковым током и применяется для электросварки, то лучше отдать предпочтение синхронным устройствам. При выборе асинхронного типа агрегата двигатель сможет справиться с пусковыми токами. Но важно, чтобы генераторная установка была полностью загружена, в противном случае топливо будет расходоваться нецелесообразно.

Канал «Olifer TV» рассказал о выборе агрегатов для частного дома в соответствии с типом горючего, на котором он будет использоваться.

Дизельные генераторы

Такой агрегат приводит в действие мотор, функционирующий на дизеле.

В его основе используется:

  • механическая составляющая;
  • панель с кнопками, предназначенная для управления;
  • система подачи топлива;
  • охладительный узел;
  • система смазки трущихся компонентов и узлов.

Мощность генераторной установки полностью определяется аналогичным параметром самого двигателя. Если она будет невысокой, к примеру, для запитки бытового электрооборудования, то лучше отдать предпочтение бензиновым установкам. Дизельный тип агрегатов целесообразно использовать там, где требуется высокая мощность. Двигатели внутреннего сгорания обычно применяются с верхней установкой клапанов. Они обладают более компактными размерами, а также высокой надежностью.

Кроме того, дизельные ДВС при функционировании выделяют меньше токсичных газов, опасных для здоровья человека, и более удобны в плане ремонта. Специалисты рекомендуют отдать предпочтение агрегатам, корпус которых выполнен из стали, так как пластмасса имеет меньший ресурс использования.

Более надежными являются генераторные дизельные установки, не оснащенные щетками.

Напряжение, которое они вырабатывают, стабильнее. В среднем, если бак заправлен дизельным горючим под завязку, это обеспечит возможность работы генератора в течение семи часов. Если агрегат будет установлен стационарно, то его конструкцию можно дополнить внешним резервуаром для залива топлива.

Канал «Фабрика Тока» продемонстрировал работу дизельного агрегата, использующегося для обеспечения энергией частного дома.

Инверторные генераторы

Производство электрической энергии осуществляется аналогично, как на любой классической модели генератора. В первую очередь производится выработка переменного тока. Он выпрямляется и подается на инверторный узел, а затем преобразуется опять в переменный, только с необходимыми техническими параметрами.

В основе агрегата используется электронный модуль, включающий в себя:

  • выпрямительный узел;
  • микропроцессорное устройство;
  • преобразовательный механизм.

По типу выходного напряжения инверторные агрегаты могут разделяться на:

  1. Прямоугольные. Такой вид устройств считается наиболее дешевым. Его энергии хватит только для запитки электроинструментов и маломощных приборов.
  2. Устройства с трапецеидальным сигналом. Могут использоваться для питания большинства электроприборов, кроме высокочувствительной техники. Стоимость таких агрегатов средняя.
  3. Устройства, работающие с синусоидальным напряжением. Такие генераторы характеризуются стабильными характеристиками и подходят для большинства электрических приборов.
  1. Прямоугольные. Такой вид устройств считается наиболее дешевым. Его энергии хватит только для запитки электроинструментов и маломощных приборов.
  2. Устройства с трапецеидальным сигналом. Могут использоваться для питания большинства электроприборов, кроме высокочувствительной техники. Стоимость таких агрегатов средняя.
  3. Устройства, работающие с синусоидальным напряжением. Такие генераторы характеризуются стабильными характеристиками и подходят для большинства электрических приборов.

Инверторные агрегаты могут функционировать без перерыва либо промежутками. В качестве объектов потребления энергии обычно выступают учреждения, где нельзя допустить перепадов напряжения.

Основные преимущества инверторных установок:

  • маленькие размеры и масса;
  • низкий расход горючего в результате регулировки выработки определенного объема электричества, необходимого в конкретный момент времени;
  • инверторные агрегаты могут функционировать в течение короткого временного интервала с перегрузкой.

Минусы:

  • высокая стоимость устройств по сравнению с классическими вариантами генераторных установок;
  • повышенная чувствительность к температурным изменениям в электронной составляющей;
  • невысокий уровень мощности установки;
  • дорогостоящий ремонт электронного модуля при его поломке.

Использование инверторных устройств актуально в случае, когда требуемая величина мощности составляет не больше 6 кВт. Если агрегат будет использоваться на постоянной основе, то лучше отдать предпочтение классическому типу.

Канал «Garage КАХОВКА» протестировал бензиновую установку инверторного класса от производителя «ПилоД».

Как сделать генератор переменного тока своими руками

Для самостоятельного изготовления асинхронного агрегата понадобится следующее:

  1. Мотор. Двигатель можно соорудить своими руками, но эта процедура слишком длительная и трудоемкая. Поэтому лучше использовать агрегат от старого неработающего бытового электрооборудования. Оптимальным вариантом будет применение двигателя от дренажного насосного устройства, стиральной машинки либо пылесоса.
  2. Статорный механизм. Рекомендуется приобрести готовое устройство, оборудованное обмоткой.
  3. Комплект электрических проводов.
  4. Изолента, допускается применение термоусадочных трубок.
  5. Трансформаторный узел или выпрямительный блок. Этот элемент потребуется в случае, если на выходе генератора переменного тока энергия будет иметь разную мощность.

Перед началом работ необходимо сделать несколько манипуляций, которые позволят правильно выполнить расчет параметра мощности агрегата:

  1. Использующийся двигатель подключается к электросети для определения скорости вращения. Чтобы выполнить эту задачу, потребуется специальное устройство — тахометр. После считывания информации полученное значение надо записать и прибавить к нему еще 10%. Это — компенсаторная величина. Если добавить 10% к скорости вращения, это позволит предотвратить перегрев агрегата во время функционирования.
  2. Выполняется подбор конденсаторных элементов с учетом требуемой величины мощности. Если на этом этапе возникли сложности, можно воспользоваться таблицей.
  3. Генераторная установка во время работы продуцирует электроэнергию, соответственно, заранее необходимо продумать заземление устройства. При его отсутствии и некачественной изоляции агрегат не только износится быстрее, но и может представлять опасность для человека.
  4. После подготовки выполняется процедура сборки, она не займет много сил. К двигателю, который будет использоваться в основе, подключаются конденсаторные элементы в соответствии со схемой. В ней указана очередность подсоединения компонентов. Надо учесть, что величина емкости каждой конденсаторной детали соответствует предыдущему устройству.
Схема сборки простого генератора переменного тока
Таблица выбора емкости конденсатора для агрегата

Полученный узел сможет обеспечить энергией электрическую пилу, циркулярку или болгарку, т. е. любой маломощный инструмент.

При использовании самодельного генератора переменного тока нельзя допустить перегрева двигателя, иначе это приведет к его поломке и даже взрыву.

В процессе сборки и эксплуатации надо учитывать следующие нюансы:

  1. Если коэффициент полезного действия падает прямо пропорционально в соответствии с длительностью работы, это норма. Данный нюанс связан с тем, что периодически генераторный агрегат должен отдыхать и остывать. Важно время от времени снижать температуру двигателя до 40 градусов Цельсия.
  2. Поскольку в простой схеме устройства не используется автоматика, потребитель должен сам контролировать все процессы работы приспособления. Время от времени к агрегату необходимо подключать измерительное оборудование — тахометр, вольтметр.
  3. Перед выполнением сборки нужно правильно подобрать электроприборы в соответствии с расчетом его технических параметров и свойств. Приведенная схема наиболее простая в плане реализации.

Видео «Принцип действия генераторного устройства»

Канал «Halyk Smart» рассказал о нюансах функционирования агрегата переменного тока.

 Загрузка …

устройство и принцип работы. Технические характеристики и виды приборов

Что такое генератор переменного тока, и кто его изобрел

Генератор переменного тока представляет собой специализированную электрическую установку, которая преобразует механическую энергию в электрическую. Последняя обладает переменной характеристикой. Само превращение основано на механическом вращении катушки из проволоки внутри магнитного поля.

К сведению! Практически все современные генераторы используют для получения электроэнергии вращающееся магнитное поле, а не катушку.

Как уже было сказано, электрический ток вырабатывается не только при механическом движении катушки в поле магнита, но и тогда, когда силовые линии магнита, находящегося во вращательном движении, пересекают витки катушки. Таким образом появляющиеся электроны начинают свое движение к положительному полюсу магнита, а сам электроток протекает от плюсового полюса к минусовому.

Ток индуцируется в проводнике (катушке). Его течение отталкивает магнит, когда рамка катушки подходит к нему, и отталкивает его, когда рамка удаляется. Его говорить проще, то ток каждый раз меняет свою ориентацию относительно полюсов магнита. Это и вызывает такое явление, как переменный электрический ток.

Данное приспособление появилось еще в 1832 г. благодаря стараниям Н. Тесла. Именно тогда был создал самый первый однофазный синхронный генератор переменного электрического тока. Самые первые установки производили только постоянный ток, а рассматриваемый генератор переменной характеристики некоторое время не мог найти своего практического применения. Это длилось не долго, так как люди быстро поняли, что переменный ток использовать гораздо практичнее, чем постоянный.

Обратите внимание! Преимущество новой технологии заключалось в том, что такой электроток было легче выработать, а на обслуживание приборов уходило в разы меньше времени и ресурсов, чем на аналоги, работающие на постоянном токе.

Именно благодаря переменному току и его генератору смогли появиться на свет такие электроприборы, как радиоприемник, магнитофон и другие более поздние автоматические и электротехнические установки, без которых представить жизнь современного человека нельзя.

Превращение механической энергии в электрическую

Любой генератор работает по принципу магнитной индукции. Самый простой генератор переменного тока можно представить, как катушку, которая вращается в магнитном поле. Также есть вариант, при котором катушка остается неподвижной, но магнитное поле только её пересекает. Именно во время этого движения и вырабатывается переменный ток. По такому принципу функционирует огромное количество генераторов во всем мире, объединенных в систему электроснабжения.

Базовые принципы

Итак, назначение и устройство генераторов переменного тока, называемого раньше альтернатором, заключается в преобразовании кинетической энергии, то есть механической, в электрическую. Подавляющее большинство современных генераторов используют вращающееся магнитное поле.

  • Работают такие устройства за счет электромагнитной индукции, когда при вращении в магнитном поле катушки из токопроводящего материала (обычно медная проволока), в ней возникает электродвижущая сила (ЭДС).
  • Ток начинает образовываться в тот момент, когда проводники начинают пересекать магнитные линии силового поля.
  • Причем пиковое значение ЭДС в проводнике достигается при прохождении им главных полюсов магнитного поля. В те моменты, когда они скользят вдоль силовых линий, индукция не возникает и ЭДС падает до нуля. Взгляните на любую схему из представленных – первое состояние будет наблюдаться, когда рамка примет вертикальное положение, а второе – когда горизонтальное.
  • Для лучшего понимания протекающих процессов нужно вспомнить правило правой руки, изучавшееся всеми в школе, но мало кем помнящееся. Суть его заключается в том, что если расположить правую руку так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в нее со стороны ладони, большой палец, отведенный в сторону, укажет направление движения проводника, а остальные пальцы будут указывать на направление возникающей в нем ЭДС.
  • Взгляните на схему выше, положение «а». В этот момент ЭДС в рамке равно нулю. Стрелочками показано направление ее движения – часть рамки А двигается в сторону северного полюса магнита, а Б – южного, достигнув которых ЭДС будет максимальным. Применяя описанное выше правило правой руки, мы видим, что ток начинает течь в части «Б» в нашу сторону, а в части «А» – от нас.
  • Рамка вращается дальше и ток в цепи начинает падать, пока рамка снова не займет горизонтальное положение (в).
  • Дальнейшее вращение приводит к тому, что ток начинает течь в обратном направлении, так как части рамки поменялись местами, если сравнивать с начальным положением.

Спустя половину оборота, все снова вернется в изначальное состояние, и цикл повторится снова. В итоге мы получили, что за время совершения полного оборота рамки, ток дважды возрастал до максимума и падал до нуля, и единожды менял свое направление относительно нчального движения.

Переменный ток


В его честь была названа частота тока

Принято считать, что длительность периода обращения равняется 1 секунде, а число периодов «Т» является частотой электрического тока. В стандартных электрических сетях России и Европы за одну секунду ток меняет свое направление 50 раз – 50 периодов в секунду.

Обозначают в электронике один такой период особой единицей, названной в честь немецкого физика Г. Герца. То есть в приведенном примере российских сетей частота тока составляет 50 герц.

Вообще, переменный ток нашел очень широкое применение в электронике благодаря тому, что: величину его напряжения очень просто изменять при помощи трансформаторов, не имеющих движущихся частей; его всегда можно преобразовать в постоянный ток; устройство таких генераторов намного надежнее и проще, чем для выработки постоянного тока.

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:

  1. Ротор – подвижная цельная деталь из железа;
  2. 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.

Основные рабочие части и их подключение

Если вы прочли предыдущий материал, то наверняка помните, что рамка в простейшей схеме была соединена с коллектором, разделенным на изолированные контактные пластины,  а тот, в свою очередь, был связан со щетками, скользящими по нему, через которые и была подключена внешняя цепь.

За счет того, что пластины коллектора постоянно меняются щетками, не происходит смены направления тока – он просто пульсирует, двигаясь в одном направлении, то есть коллектор является выпрямителем.

Устройство и принцип действия генератора переменного тока

  • Для переменного тока такого приспособления не нужно, поэтому его заменяют контактные кольца, к которым привязаны концы рамки. Вся конструкция вместе вращается вокруг центральной оси. К кольцам примыкают щетки, которые также по ним скользят, обеспечивая постоянный контакт.
  • Как и в случае с постоянным током, ЭДС, возникающие в разных частях рамки, будут суммироваться, образуя результирующее значение этого параметра. При этом во внешней цепи, подключенной через щетки (если подсоединить к ней резистор нагрузки RH), будет протекать электрический ток.
  • В рассмотренном выше примере «Т» равняется полному обороту рамки. Отсюда можно сделать логичный вывод, что частота тока, вырабатываемая генератором, напрямую зависит от скорости вращения якоря (рамки), или другими словами ротора, в секунду. Однако это касается только такого простейшего генератора.


Трехфазные генераторы переменного тока и устройство их

Если увеличить число пар полюсов, то в генераторе пропорционально возрастет и число полных изменений тока за один оборот якоря, и частота его будет измерять иначе, по формуле: f = np, где f – это частота, n – число оборотов в секунду, p – количество пар магнитных полюсов устройства.

  • Как мы уже писали выше, течение переменного тока графически изображается синусоидой, поэтому такой ток еще называется и синусоидальным. Сразу можно выделить основные условия, задающие постоянство характеристик такого тока – это равномерность магнитного поля (постоянная его величина) и неизменная скорость вращения якоря, в котором он индуктируется.
  • Для того чтобы сделать устройство достаточно мощным, в нем применяются электрические магниты. Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, в действующих агрегатах тоже не является рамкой, как мы показывали в схемах выше. Применяется очень большое количество проводников, которые соединены друг с другом по определенной схеме

Интересно знать! Образование ЭДС происходит не только тогда, когда проводник смещается относительно магнитного поля, но и наоборот, когда двигается само поле относительно проводника, чем активно и пользуются конструкторы электродвигателей и генераторов.

  • Данное свойство позволяет размещать обмотку, в которой индуктируется ЭДС, не только на вращающейся центральной части устройства, но и на неподвижной части. При этом в движение приводится магнит, то есть полюсы.

Синхронный генератор электрического тока и принцип действия этого устройства

  • При таком строении внешняя обмотка генератора, то есть силовая цепь, не нуждается ни в каких подвижных частях (кольцах и щетках) – соединение выполняется жесткое, чаще болтовое.
  • Да, но можно резонно возразить, мол, эти же элементы потребуется установить на обмотке возбуждения. Так и есть, однако сила тока, протекающая здесь, будет намного меньше итоговой мощности генератора, что значительно упрощает организацию подвода тока. Элементы будут малы по размерам и массе и очень надежны, что делает именно такую конструкцию самой востребованной, особенно для мощных агрегатов, например, тяговых, устанавливаемых на тепловозах.
  • Если же речь идет о маломощных генераторах, где токосъем не представляет каких-то сложностей, поэтому часто применяется «классическая» схема, с вращающейся якорной обмоткой и неподвижным магнитом (индуктором).

Совет! Кстати, неподвижная часть генератора переменного тока называется статором, так как она статична, а вращающаяся – ротором.

Принцип работы электрогенератора

В основу работы агрегатов, преобразующих энергию, положен закон Фарадея об электродвижущей силе (ЭДС). Учёный открыл закон, который объяснил природу появления тока в металлическом контуре (рамке), вращающемуся в однородном магнитном поле (явление индукции). Ток возникает также при вращении постоянных магнитов вокруг металлического контура.

Простейшая схема генератора представляется в виде вращающейся металлической рамки между двумя разно полюсными магнитами. На оси рамки помещают токосъёмные кольца, которые получают заряд электрического тока и передают его дальше по проводникам.

В действительности статор (неподвижная часть прибора) состоит из электромагнитов, а ротором служит группа рамных проводников. Устройство представляет обратный электромотор. Электродвигатель поглощает электрический ток и заставляет вращаться ротор. Электрический генератор, преобразовывающий кинематическую энергию механического вращения в ЭДС, называют индукционным генератором.

Технические характеристики генератора постоянного тока

Работу генератора характеризуют зависимости между основными величинами, которые называются его характеристиками. К основным характеристикам можно отнести:

  • зависимости между величинами при работе на холостом ходе;
  • характеристики внешних параметров;
  • регулировочные величины.

Некоторые регулировочные характеристики и зависимости холостого хода мы раскрыли частично в разделе «Классификация». Остановимся кратко на внешних характеристиках, которые соответствуют работе генератора в номинальном режиме. Внешняя характеристика очень важна, так как она показывает зависимость напряжения от нагрузки, и снимается при стабильной скорости оборотов якоря.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением выглядит следующим образом: это кривая, зависимости напряжения от нагрузки (см. рис. 5).  Как видно на графике падение напряжения наблюдается, но оно не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости оборотов двигателя, вращающего якорь).

В генераторах с параллельным возбуждением зависимость напряжения от нагрузки сильнее выражена.  Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше нагрузочный ток, тем стремительнее будет падать напряжение на зажимах генератора. В частности, при постепенном падении сопротивления до уровня КЗ, напряжение падёт до нуля. Но резкое замыкание в цепи вызывает обратную реакцию генератора и может быть губительным для электрической машины этого типа.

Увеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении ведёт к росту ЭДС. Однако напряжение (нижняя кривая) отстаёт от ЭДС, поскольку часть энергии расходуется на электрические потери от присутствующих вихревых токов.

Обратите внимание на то, что при достижении своего максимума напряжение, с увеличением нагрузки, начинает резко падать, хотя кривая ЭДС продолжает стремиться вверх. Такое поведение является недостатком, что ограничивает применение альтернатора этого типа.

В генераторах со смешанным возбуждением предусмотрены встречные включения обеих катушек – последовательной и параллельной. Результирующая намагничивающая сила при согласном включении равна векторной сумме намагничивающих сил этих обмоток, а при встречном – разнице этих сил.

В процессе плавного увеличении нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня, напряжение на зажимах будет практически постоянным. Увеличение напряжения наблюдается в том случае, если количество проводников последовательной обмотки будет превышать количество витков соответствующее номинальному возбуждению якоря.

Изменение напряжения для случая с меньшим числом витков в последовательной обмотке, изображает кривая 3. Встречное включение обмоток иллюстрирует кривая 4.

Генераторы со встречным включением используют тогда, когда необходимо ограничить токи КЗ, например, при подключении сварочных аппаратов.

В нормально возбуждённых устройствах смешанного типа ток возбуждения постоянный и от нагрузки почти не зависит.

Реакция якоря

Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, то токи в его обмотке образуют собственное магнитное поле. Возникает магнитное сопротивление полей статора и ротора. Результирующее поле сильнее в тех точках, где якорь набегает на полюсы магнита, и слабее там, где он с них сбегает. Другими словами якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения в магнитопроводах. Результатом такой реакции является искрение щёток на коллекторных пластинах.

Снизить реакцию якоря можно путём применения компенсирующих дополнительных магнитных полюсов или сдвигом щёток с осевой линии геометрической нейтрали.

ЭДС

Электродвижущая сила (ее значение) пропорциональна магнитному потоку, числу проводников (активных) в обмотках, частоте вращения якоря. Если менять последние параметры, то можно легко управлять значением ЭДС. Последнее относится и к напряжению. Нужный результат достигается методом изменения частоты вращения якоря.

Мощность

Выделяют полезную и полную мощности устройства. При постоянной электродвижущей силе полная мощность находится в прямо пропорциональной зависимости от тока: P=EIa. Полезная, которая отдается в цепь, Р1=UI.

КПД

Важной характеристикой альтернатора является его КПД – отношение полезной мощности к полной. Обозначим данную величину символом ηe. Тогда: ηe=P1/P.

На холостом ходе ηe = 0. максимальное значение КПД – при номинальных нагрузках. Коэффициент полезного действия в мощных генераторах приближается к 90%.

Описание схем

Для получения связанной трехфазной системы, обмотки электрогенератора нужно соединить между собой одним из двух способов:

“Звезда”

Соединение “звездой” предусматривает электрическое соединение концов всех обмоток в одной точке. Точка соединения называется “нулем”. При таком соединении нагрузка к генератору может быть подключена 3 или 4 проводами.

Провода, идущие от начала обмоток называются линейными, а провод, идущий от нулевой точки – нулевым. Напряжение между линейными проводами называют линейным.

Линейное напряжение больше фазного в 1,73 раза.

Напряжение между нулевым и любым из линейных проводов называется фазным. Фазные напряжения равны между собой и сдвинуты друг относительно друга на угол, который равен 120 градусов.

Особенностью схемы является также равенство линейных и фазных токов.

Наиболее распространена 4 проводная схема – соединение “звездой” с нейтральным проводом. Она позволяет избежать перекоса фаз в случае подключения несимметричной нагрузки, например, на одной фазе – включена активная нагрузка, а на другой – емкостная или реактивная. При этом, обеспечивается сохранность включенных электроприборов.

“Треугольник”

Соединение “треугольником” – это последовательное соединение обмоток трехфазного генератора: конец первой обмотки соединяется с началом второй, ее конец – с началом третьей, а конец последней – с началом первой.

В этом случае, линейные провода отводятся от точек соединения обмоток. При этом, линейное напряжение равно фазному, а величина линейного тока в 1,73 раза больше фазного.

Все упомянутые зависимости справедливы только при равномерной нагрузке фаз. При неравномерной нагрузке фаз, их необходимо пересчитывать аналитическими или графическими методами.

Назначение генератора переменного тока

Переменные генераторы тока применяют уже достаточно давно. За последние годы сфера применения стала еще более обширной. Используются такие приборы не только в промышленных, но и в бытовых целях. Производственные электроустановки представляют собой самый выгодный вариант для генерации электроэнергии, используемой на заводах и предприятиях, учебных учреждениях, торговых центрах и т. д. Также такие генераторы позволяют значительно ускорить строительство того или иного сооружения в тех местах, где нет возможности провести линию электропередачи.

В быту такие устройства также применяются. Они обладают более компактными размерными характеристиками и универсальностью. Часто их используют для питания частных домов, дачных участков или коттеджей.

Обратите внимание! Бытовые и производственные генераторы перемененного тока пользуются популярностью практически во всех сфера жизни человека. Особенно они полезны там, где постоянно возникают перебои с подачей электроэнергии или ее нет вообще.

Классификация и виды агрегатов

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.

Асинхронные генераторы

Асинхронные двигатели — это приборы, которые работают в тормозящем режиме. В данной ситуации ротор выполняет вращения только в одном направлении, совпадающем с движением магнитного поля, но немного опережает его.

Обратите внимание! Такие установки практически не подвержены коротким замыканиям и обладают повышенной защитой от воздействия внешних факторов.

Синхронные электрогенераторы

Синхронный генератор переменного тока конструктивно состоит из двух частей — подвижного ротора и неподвижного статора.

При вращении ротора, представляющего собой электромагнит с сердечником и обмоткой возбуждения, подключенный к внешнему источнику питания при помощи щеточного механизма, в обмотке статора индуцируется ЭДС, которая подается на выходные клеммы генератора. Такая конструкция исключает необходимость применения скользящих контактов, что существенно упрощает конструкцию агрегата. Изначально магнитный поток возбуждается от стороннего возбудителя, закрепленного на общем валу и подключаемого к системе при помощи муфты.

В синхронных электрогенераторах малой мощности обмотка возбуждения запитывается за счет выпрямленного тока. При этом электрическая цепь образуется за счет активации трансформаторов, входящих в цепь нагрузки. Туда же включен и полупроводниковый выпрямитель. В состав основной электрической цепи входят:

  • обмотка возбуждения;
  • регулировочный реостат.

Основная особенность синхронного генератора — частота генерируемого электрического тока пропорциональна скорости вращения ротора.

Инверторные генераторы

Инверторный электрогенератор — это обычный асинхронный генератор, на выходе которого установлен дополнительный стабилизатор выходных параметров.

Работает он следующим образом: вырабатываемое асинхронным генератором напряжение поступает в инвертор, где сначала выпрямляется, а затем из полученного постоянного напряжения формируются импульсы заданной частоты и скважности. На выходе устройства эти импульсы преобразуются в синусоидальное напряжение с почти идеальными техническими характеристиками.

Автономность

Главное преимущество, которым обладает электрический генератор, – это его полная независимость от централизованных поставщиков энергии. Автономность электротехнического оборудования бывает стационарной и мобильной.

Стационарные

Обычно это генераторные станции, работающие от дизельных двигателей. Станции используют для электроснабжения потребителей в местах, удалённых от централизованных электрических сетей.

Стационарные генераторные станции необходимы для обеспечения током производственных процессов там, где даже кратковременные перебои поставки электроэнергии недопустимы.

Мобильные

Электрогенераторы мобильного типа выполнены в виде компактных аппаратов, которые можно перемещать в пространстве. Передвижные станции используют для электросварки, местного освещения, снабжения током бытовых электроприборов и многое другое.

Оборудование включает в себя двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине или дизельном топливе. Агрегаты имеют различные габариты. Компактный аппарат может транспортировать один человек. Существуют мобильные агрегаты, которые устанавливаются на специальном автомобильном прицепе.

Режимы работы

В зависимости от того, в каком режиме эксплуатируются агрегаты, их подразделяют на основные и резервные.

Основные

Аппараты предназначены для работы в постоянном режиме. Мощные электрогенераторы с дизельными двигателями относят к промышленным установкам. Устанавливаются там, где требуется получение электроэнергии круглосуточно.

Резервные

Само название агрегатов говорит о применении их в исключительных случаях – при внезапном отключении централизованного электроснабжения. Генераторы могут включаться в работу при срабатывании реле, реагирующего на исчезновение напряжения в электросети централизованного источника. Резервные аппараты рассчитаны на беспрерывную работу в течение нескольких часов.

Схемы подключения

Собственно, даже не схемы включения, а варианты. Их, как правило, три:

      • Автоматическое включение. В этом случае устанавливается специальный блок аварийного включения. Как только отключают напряжение в сети, блок подаёт команду на запуск генератора и переключает сеть с внешнего источника питания, на генераторную установку.
      • Ручное включение. В этом случае, пользователь сам проводит операцию переключения с внешнего источника питания на генераторную установку и вручную запускает генератор.
      • Синхронная работа. Такой режим, в основном используется на крупных станциях, генераторы которых объединены в одну сеть. Все генераторы этой сети работают синхронно, с одной частотой, с одной очерёдностью фаз и с одинаковым напряжением на обмотках статора.
Однофазный генератор

Здесь я подробно останавливаться не буду. Такие устройства сейчас можно встретить в любом магазине инструментов. Если однофазный генератор используется как запасной источник электроэнергии, то подключается к домовой сети, как правило, посредством рубильника. То есть, одновременно внешний источник питания и генератор на одну сеть не могут – либо то, либо другое. Во-первых, незачем, во-вторых, это сильно усложнило бы и увеличило стоимость бытовых генераторов. Единственное, на чём могу здесь остановиться, это включение однофазного генератора в трёхфазную сеть.

Включение однофазного генератора в трёхфазную сеть

Однако у такого метода есть свой недостаток. Трёхфазные двигатели в такой сети работать не будут, если же их включить, то очень быстро нагреются и выйдут из строя.

Трехфазный генератор

Трёхфазные генераторы могут быть бытовыми и промышленными. Устройство генератора трёхфазного тока в бытовом варианте практически ничем не отличается от однофазного, как и схема включения. Единственное условие при включении бытового генератора в сеть, если в такой сети имеются трёхфазные двигатели – соблюдать очередность фаз. В случае же, если нагрузка в доме однофазная, то такой предосторожностью можно пренебречь.

Устройство генератора трёхфазного тока в промышленном варианте – это устройство, оснащенное автоматическим пуском и иногда может быть оснащено устройством синхронизации. Подключение таких генераторов лучше доверить специалистам.

Ну а бытовой генератор точно так же, как и однофазный включается в сеть через рубильник. Следовательно, в зависимости от положения рубильника работает либо внешний источник питания, либо генератор.

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.
Бензиновые

Бензиновые генераторы в основной своей массе изготавливают мощностью, не превышающей 20 кВт. Устройства используют для аварийного обеспечения электричеством загородных домов, дач, а также для питания ручных электроинструментов, небольших станков и прочее. Генераторы могут поддерживать освещение придомовой территории, автомобильной стоянки и торговых площадей.

Дополнительная информация. Стандартное топливо для агрегатов – это бензин марки АИ-92. Кратковременно можно заливать в бак оборудования бензин АИ-76 и АИ-95.

Бензиновые генераторы переменного тока могут быть мобильными и стационарными. Особо мощные тяжёлые установки оснащают колёсной парой. В зависимости от модели, устройства оснащают ручным запуском или стартером. Для понижения шумности работы двигателя внутреннего сгорания аппарат помещают в звукопоглощающий кожух.

Способы возбуждения обмотки

Последнее различие моделей, которое хотелось бы затронуть, связано со способом запитки возбуждающей обмотки.

Тут можно выделить 4 типа:

  1. Питание на обмотку подается через сторонний источник.
  2. Генераторы с самовозбуждением – питание берется от самого генератора, при этом напряжение выпрямляется. Однако находясь в неактивном состоянии, такой генератор не сможет выработать достаточного напряжения, чтобы стартовать, для чего в схеме применяется аккумулятор, который будет задействован во время старта.
  3. Вариант с обмоткой возбуждения, питающейся от другого генератора меньшей мощности, установленного с ним на одном валу. Второй генератор уже должен стартовать от стороннего источника, например, того же аккумулятора.
  4. Последняя разновидность вообще не нуждается в подаче питания на обмотку возбуждения, так как ее у него нет, ведь применяется в устройстве постоянный магнит.
С параллельным возбуждением

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные  показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Генераторы с параллельным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

У генератора с параллельным включением обмотки возбуждения, в принципе, тоже неплохие нагрузочные характеристики, хотя и несколько хуже, чем у схем с независимым возбуждением – 10-30%. У схем с зависимым возбуждением есть одна особенность, для того, чтобы произошло возбуждение, металл генератора должен иметь остаточную намагниченность. Достаточно 2-3% остаточной намагниченности чтобы запустился процесс самовозбуждения. Конечно же, при этом направление обмотки возбуждения должно совпадать с направлением поля остаточной намагниченности.

Якорь генератора раскручивают до номинальных оборотов, за счет остаточного намагничивания происходит самовозбуждение, то есть, в контуре генератор-обмотка возбуждения появляется ЭДС, появляется небольшой ток. Он увеличивает ЭДС, следовательно, ток снова увеличивается и так происходит до тех пор, пока не будет достигнут баланс между падением напряжения в обмотке генератора и падением напряжения в обмотке возбуждения.

В работе генератора есть одна особенность. Если плавно увеличивать нагрузку вплоть до короткого замыкания, то в какой-то момент мощность генератора достигнет пиковых значений, затем пойдет на спад. По сути, если в момент номинальной загрузки генератора устроить короткое замыкание, то ничего страшного не произойдет. Но если это сделать при небольшой нагрузке, то ток короткого замыкания достигает критических значений 8-10 Iн, а значит, такие генераторы крайне настоятельно рекомендуется защищать от короткого замыкания любым доступным способом.

Такие генераторы получили наибольшее распространение, поскольку не требуют внешних источников питания, имеют неплохую нагрузочную способность и позволяют контролировать ток возбуждения.

Генераторы с последовательным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Поскольку ток обмотки возбуждения в данном случае равен току в цепи, а значит, достигает больших значений, обмотка возбуждения выполняется толстым проводом и имеет меньшее количество витков, чем в предыдущих двух схемах. Принцип работы такой же, как и у предыдущей схемы. Обмотка и поле остаточной намагниченности должны совпадать по направлению. При раскручивании якоря до номинальной частоты возникает ЭДС, поднимается ток и дальше по нарастающей, пока не будет достигнут баланс.

Но здесь есть один небольшой нюанс. Ток обмотки возбуждения изменяется от тока нагрузки, и регулировать ток возбуждения возможности нет. А это приводит к тому, что очень сильно изменяется и напряжение. Здесь мы получаем самый настоящий генератор тока, а не напряжения. Именно поэтому область применения генератора с последовательным возбуждением сильно ограничена.

Со смешанным возбуждением

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.

Опции и возможности бытовых электрогенераторов

Для удобства эксплуатации производители оснащают свою продукцию рядом полезных опций, среди которых можно выделить:

  • устройство автоматического запуска агрегата при отключении электроэнергии;
  • наличие встроенного УЗО, отключающего устройство от электросети при пробое изоляции и появлении тока утечки;
  • контроль параметров и отображение их на дисплее;
  • защита от перегрузки.

При подключении к электрогенератору нагрузки, величина которой буде ниже паспортной, агрегат начнет «съедать» часть жидкого топлива впустую, не используя полностью свои возможности.

Не будет лишним наличие в комплекте поставки специального шумогасящего кожуха, топливного бака увеличенного объема, кожуха, защищающего агрегат от воздействия низкой температуры и пр.

Особенности установки

Потенциальный владелец генератора переменного тока перед приобретением должен озаботиться подготовкой места для его установки. Независимо от того, где будет установлен такой агрегат, в помещении или на свежем воздухе, для него понадобится ровная и твердая площадка. Установка электрогенератора на неровной площадке приведет к увеличению вибрации, что ускорит износ деталей и может спровоцировать выход дорогостоящего устройства из строя.

Устанавливая генератор в помещении, важно предусмотреть наличие вытяжной вентиляции. Кроме того, во время работы агрегата рекомендуется оставлять дверь помещения открытой, что в свою очередь потребует установить в дверном проеме решетку, перекрывающую посторонним, а главное детям, доступ в опасную зону.

Соединяют электрогенератор с электросетью в строгом соответствии с требованиями, изложенными в инструкции по эксплуатации. При этом электрический кабель необходимо подключить после вводного автомата и электросчетчика.

Применение генераторов переменного тока на практике

Применяются такие генераторы практически во всех сферах человеческой деятельности, где требуется электрическая энергия. Причем принцип ее добычи отличается только способом приведения в движение вала устройства. Так работают и гидро-, и тепло- и даже атомные станции.

Данные станции запитывают по проводам общественные сети, к которым подключается конечный потребитель, то есть все мы. Однако существует множество объектов, к которым невозможно доставить электрическую энергию таким способом, например, транспорт, стройплощадки вдали от линий электропередач, очень далекие поселки, вахты, буровые установки и прочее.

Это означает только одно – требуется свой генератор и двигатель, приводящий его в движение. Давайте рассмотрим несколько небольших и часто встречающихся в нашей жизни устройств.

Автомобильные генераторы


На фото — электрический генератор для автомобиля

Кто-то возможно тут же скажет: «Как? Это же генератор постоянного тока!». Да, действительно, так оно и есть, однако таковым его делает лишь наличие выпрямителя, который этот самый ток делает постоянным. Основной принцип работы ничем не отличается – все тот же ротор, все тот же электромагнит и прочее.


Принципиальная схема автомобильного генератора

Это устройство функционирует таким образом, что вне зависимости от скорости вращения вала, оно вырабатывает напряжение в 12В, что обеспечивается регулятором, через который идет питание обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения стартует, запитываясь от автомобильного аккумулятора, ротор агрегата приводится в движение двигателем автомобиля через шкив, после чего начинает индуцироваться ЭДС.

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает. Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится. Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Устройство генератора

Элементы источника переменного тока спрятаны в одном корпусе, который также является основой для статорной обмотки.

В процессе изготовления кожуха применяются легкие сплавы (чаще всего алюминия и дюрали), а для охлаждения предусмотрены отверстия, обеспечивающие своевременный отвод тепла от обмотки.

В передней и задней части кожуха предусмотрены подшипники, к которым и крепится ротор — главный элемент источника питания.

В кожухе помещаются почти все элементы устройства. При этом сам корпус состоит из двух крышек, расположенных с левой и с правой стороны — около приводного вала и контрольных колец соответственно.

Две крышки объединяются между собой с помощью специальных болтов, изготовленных из алюминиевого сплава. Этот металл отличается незначительной массой и способностью рассеивать тепло.

Основные параметры и характеристики

Для любого электрогенератора важны такие характеристики как:

  1. КПД, %;
  2. напряжение, В;
  3. выдаваемый ток, А;
  4. частота и направление вращения ротора, об/мин;
  5. мощность, Вт (Ватты).
Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

  • постоянного тока;
  • переменного тока.

Первый вид генераторов в настоящее время уже не используется. Такие устройства устанавливались на старых моделях автомобилей (ГАЗ-51, Победа и др.). Они имеют много недостатков, такие как:

  • малая мощность и эффективность;
  • необходимость в постоянном контроле и обслуживании;
  • небольшой срок службы.

Сейчас применяются генераторы переменного тока. Главное их отличие в том, что вне зависимости от режима работы двигателя автомобильную сеть питает постоянный ток. Это достигается благодаря полупроводниковому выпрямителю.

Принцип работы генератора

Главный потребитель электроэнергии еще на запуске машины — стартер. При этом стоит заметить, что при впрыске топлива в мотор сила тока способна вырасти сразу до сотни ампер, если не больше. В таком режиме оборудование транспортного средства получает электроэнергию только от аккумулятора, который, как уже было отмечено ранее, быстро разряжается.

Как только двигатель начинает работать, на смену батарее приходит генератор, который тут же направляет электроэнергию для работы электрических систем, датчиков и других устройств.

При работе двигателя внутри машины происходит непрерывная зарядка аккумулятора, а также обеспечивается работоспособность электрооборудования, и со всем этим справляется автогенератор. Если он неожиданно выйдет из строя, то батарея машины, проработав небольшое количество времени, быстро сядет, и железному коню потребуется ремонт.

Режимы работы

Чтобы разобраться в особенностях функционирования автомобильного генератора, важно понять особенности каждого из режимов:

  • В процессе пуска двигателя главным потребителем электрической энергии выступает стартер. Особенностью режима является создание повышенной нагрузки, что приводит к уменьшению напряжения на выходе АКБ. Как следствие, потребители берут ток только с аккумулятора. Вот почему при таком режиме батарея разряжается с наибольшей активностью.
  • После завода двигателя автомобильный генератор переходит в режим источника питания. С этого момента устройство дает ток, который необходим для питания нагрузки в автомобиле и подзаряда АКБ. Как только аккумулятор набирает требуемую емкость, уровень зарядного тока снижается. При этом генератор продолжает играть роль главного источника питания.
  • После подключения мощной нагрузки, например, кондиционера, обогрева салона и прочих, скорость вращения ротора замедляется. В этом случае автомобильный генератор уже не способен покрыть потребности автомобиля в токе. Часть нагрузки перекладывается на АКБ, который работает в параллель с источником питания и начинает постепенно разряжаться.
Правила эксплуатации генератора (по Остеру)

И напоследок несколько “вредных” советов, как быстро и без проблем “сжечь” генератор:

  1. Самый лучший и быстрый способ – “Переплюсовка”. Поменяйте местами провода от клемм аккумуляторной батареи, при этом возможен не только оптический эффект (яркая вспышка внутри генератора, легкое дымовое облако), но также звуковой (от щелчка до хлопка и шипения), обонятельный (почувствуете непередаваемый аромат горящих проводов!), и, наконец, тактильный (ожог 1-3 степени – подбирается экспериментально!) После применения этого способа диодный мост выгорает с вероятностью 99%, статор – 60%, реле-регулятор – 20%, провода – 10%, автомобиль целиком – 0,01%! Способ очень эффективен при “прикуривании”. Возможны побочные эффекты – выгорание бортовых компьютеров, сигнализации, музыки и т.д. Большой плюс – не требует специальных навыков и знаний, легко осваивается начинающими.
  2. Способ “Мойка”. Помойте двигатель своей машины. Особенно тщательно помойте генератор, проследите, чтобы потоки воды прополоскали все внутренности агрегата. Ни в коем случае не продувайте генератор после мойки! Сразу же заводите машину и включите побольше нагрузок – весь свет, обогрев, музыку. Если эффект не произошел – повторите попытку. Эффект появится, поверьте!!! Плюс – сгоревший генератор будет чистым.
  3. “Дедовский” метод – сдёргивание плюсовой клеммы аккумулятора на работающем двигателе вроде бы для проверки зарядной системы. Процент сгоревших релюшек увеличивается до 50-70%. Способ требует определенной сноровки – главное, чтобы было побольше искр! Возникающие в цепях высоковольтные коммутационные процессы рано или поздно должны будут сжечь хоть что-нибудь в Вашем генераторе, или, в крайнем случае, в машине! Как всегда, рекомендуется включить побольше всяких там нагрузок – свет, печки, подогрев. Способ не очень эффективен на старых машинах, но главное – верить, что так и будет!
  4. “Лужа” – способ, которым пользуется множество автолюбителей, даже не подозревая об этом. При этом многие искренне уверены, что автомобиль и его агрегаты, включая генератор, по водонепроницаемости должен быть сродни подводной лодке. Дерзайте! Как много неисследованных глубин ждут своих первооткрывателей! И еще простой совет – лужу надо проезжать на возможно максимальной скорости, тщательно следя, чтобы брызги равномерно захлестывали подкапотное пространство. Отсутствие защитных кожухов и поддонов во многом облегчит Вашу непростую задачу. Очень большой плюс – способом можно пользоваться практически ежедневно, не выходя из машины!
  5. Способ “Меломан”. Для очень крутых! Поставьте в Вашу машинку супер магнитолку, парочку CD чейнджеров, пару-тройку ламповых усилителей ватт по 200-300, сабвуфер ватт на 500, ну колонок с десяток, лучше полтора. Вообще, чем больше – тем лучше! Баксов на 12-25 тысяч! (Это не враки – случай зафиксирован!) Включайте! Если через пару минут генератор все ещё работает, а характерного дыма и запаха все еще нет – значит Вы поставили слишком дешёвую аппаратуру!
  6. “Аккумуляторный” способ – наиболее коварный и таинственный из всех, поскольку его осознание требует понимания химических и физических процессов (ну хотя бы закон Ома, что уже не всем дано!) А если по-простому – используйте давно просроченный аккумулятор, не моложе трех-пяти лет. Чем старше – тем больше вероятность, что в аккумуляторе окажется короткозамкнутая банка. При этом аккумулятор может подавать признаки жизни – заводить машину, подзаряжаться от зарядного устройства и т.д., но при этом он становится мощной паразитной нагрузкой в цепи генератора. Возможно, что силы тока будет хватать на работу инжектора, но при включении дальнего света и обогрева генератор будет греться так, что его можно использовать для приготовления яичницы в походных условиях! Главное – не обращать на это внимания, и способ когда-нибудь сработает!
Основные неисправности автомобильного генератор

Электрогенераторы для автомобилей надежные, но неисправности все же случаются. Они бывают:

  • механические;
  • электрические.

К механическим относится:

  • износ ремня привода, щеток, контактных колец, шкива, подшипников;
  • разрушение корпуса, болтов крепления, пружин.

Обнаружить их просто по стукам и другим посторонним шумам. Ремонт сводится к замене неисправных деталей.

Чаще случаются электрические неисправности:

  • нарушение функциональности или выход из строя регулятора напряжения;
  • обрывы, замыкания обмоток на роторе/статоре;
  • пробой выпрямителя;
  • сбои функциональности реле.

Для определения неисправностей необходимо знать характерные признаки:

  • на панели мигает и горит непрерывно лампа разряда аккумуляторной батареи;
  • фары горят тускло, во время работы двигателя слышен дребезжащий звук;
  • из генератора слышен звук, напоминающий писк, вой.

Неисправную деталь желательно выявить сразу. Если пробит регулятор напряжения, аккумуляторная батарея постоянно перезаряжается. При неисправных кольцах или щетках аккумулятор перезаряжается или недозаряжается, быстро требуется замена.

Чтобы самостоятельно провести диагностику и ремонт, необходимо хорошо знать, из чего состоит генератор, как расположены детали, для чего каждая предназначена, как работает. Сначала проверяется предохранитель, потом расположение агрегата, целостность корпуса, ремня, проводки, вращение ротора, контактные кольца, щетки.

Из механических повреждений самым частым считается износ подшипников. Необходимо их снять, оценить состояние посадочных мест, при необходимости заменить на новые. Свист во время разгона свидетельствует о проблемах с ремнем. Заменить его тоже не совсем просто.

Проверка обмоток ротора проводится мультиметром, сопротивление должно быть 1,8-5 Ом. Если цифра меньше, на витках короткое замыкание, если больше, обмотка оборвана. Чтобы проверить обмотки статора, необходимо отсоединить их от выпрямителя. Об отсутствии у обмоток контакта с корпусом свидетельствует бесконечное значение на приборе.

Диоды выпрямителя тоже проверяются мультиметром, меняя щупы местами. Полупроводниковая деталь неисправна, если показания при проверке не зависят от расположения щупов. Диодный мост нужно менять полностью, если окислились контакты.

Современный автомобильный генератор достаточно сложный, для проверки, диагностики, ремонта лучше обратиться к опытным специалистам, обладающим необходимыми знаниями, использующим при работе специальный стенд, заменяющим неисправные детали на соответствующие оригинальные.

Генератор на жидком топливе

Устройство бензинового генератора переменного тока, ровно, как и дизельного, мало чем отличается от того, что установлен в вашем автомобиле, за исключением нюанса, что ток он будет выдавать, как положено, переменный.

Из особенностей можно выделить то, что ротор агрегата всегда должен вращаться с одной скоростью, так как при перепадах выработка электроэнергии становится хуже. В этом кроется существенный недостаток подобных устройств – подобный эффект происходит при износе деталей.

Интересно знать! Если к генератору подключить нагрузку, которая будет ниже рабочей, то он не будет использовать свою мощность на полную, съедая часть жидкого топлива впустую.На рынке представлен большой выбор подобных агрегатов, рассчитанных на разную мощность. Они пользуются большой популярность за счет своей мобильности. При этом инструкция по пользованию предельно проста – заливаем своими руками топливо, запускаем двигатель поворотом ключа и подключаемся…

На этом, пожалуй, закончим. Мы разобрали назначение и общее устройство этих приборов  максимально просто. Надеемся, генератор переменного тока и принцип его действия стали к вам чуточку ближе, и с нашей подачи вы захотите погрузиться в увлекательный мир электротехники.

Вывод

Таким образом, существует огромное количество видов генераторов переменного тока, которые используются в той или иной жизненной ситуации. Они обладают всевозможными видами защиты от перегрузок, перегрева, токов КЗ. Основной принцип работы заключается в преобразовании энергии различного типа в электрическую.

Источники

  • https://rusenergetics.ru/oborudovanie/generator-peremennogo-toka
  • https://odinelectric.ru/equipment/kak-ustroen-generator-peremennogo-toka
  • https://Elektrik-a.su/elektrooborudovanie/generatory/ustrojstvo-generatora-peremennogo-toka-1009
  • https://amperof.ru/elektropribory/chto-takoe-generator.html
  • https://www.asutpp.ru/generator-postoyannogo-toka.html
  • https://rusenergetics.ru/oborudovanie/generator-postoyannogo-toka
  • https://househill.ru/kommunikacii/electrika/stabilizatory/generator-peremennogo-toka.html
  • https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/ustrojstvo-i-princip-dejstviya-generatorov-peremennogo-toka/
  • https://uelektrika.ru/osnovy-yelektrotekhniki/ustroystvo-generatora-toka/
  • https://TechAutoPort.ru/elektrooborudovanie-i-elektronika/istochniki-pitaniya/generator.html
  • https://AutoTopik.ru/obuchenie/1309-princip-raboty-generatora.html
  • https://VazNeTaz.ru/avtomobilnyj-generator
  • https://promercedes.ru/informatsiya/iz-chego-sostoit-avto-generator
  • https://avtonov.info/avtomobilnyj-generator-ustrojstvo-naznachenie-i-neispravnosti
  • https://motorsguide.ru/gadgets/generator-peremennogo-toka

[свернуть]

Принцип действия и устройство электрических машин переменного тока. Синхронные машины

Машины переменного тока по устройству несколько отличаются от машин постоянного тока. Каждая машина состоит из двух основных частей: неподвижной части, называемой статором, и вращающейся части, называемой ротором. В отличие от машин постоянного тока, у машин переменного тока на статоре обычно укладывают обмотку якоря, а на роторе — обмотку возбуждения. Вместо коллектора на роторе имеются изолированные кольца, по которым ток проводится в обмотку возбуждения.

Синхронными называют такие машины переменного тока, у которых скорость вращения ротора и частота переменного тока в обмотках изменяются одновременно и пропорционально друг другу, т. е. синхронно. С изменением частоты тока у таких машин одновременно (синхронно) меняется число оборотов.

Как правило, у синхронных машин по обмотке возбуждения проходит постоянный ток от постороннего источника. Синхронные машины обратимы, т.е. могут работать в качестве генераторов и электродвигателей. Конструкция синхронного двигателя почти не отличается от конструкции синхронного генератора.

Так как на судах морского флота сети переменного тока питаются от трехфазных синхронных генераторов, то остановимся на их устройстве и принципе работы.

Обмотка якоря трехфазного синхронного генератора располагается в статоре и состоит из трех отдельных обмоток — фаз, сдвинутых относительно друг друга на 120° (1/3 периода) с таким расчетом, чтобы индуктируемая э.д.с. в каждой фазе достигала своего максимума спустя 1/3 периода после максимума э.д.с. соседней фазы. Обмотку возбуждения укладывают на роторе и источником питания для нее может быть небольшой генератор постоянного тока (возбудитель), смонтированный на одном валу с синхронным генератором, или аккумуляторная батарея.

Обмотки статора соединяются между собой звездой или треугольником, при этом во внешнюю цепь от обмоток статора отходят три провода (три контакта). Продольный разрез синхронного генератора трехфазного переменного тока с возбудителем показан на рис. 172.

Ротор состоит из сердечников полюсов 1, катушки обмотки возбуждения 2, питаемого постоянным током через контактные кольца 5. Статор состоит из активной стали якоря 3, служащей магнитопроводом, и станины 6, служащей для крепления стали якоря и установки машины на фундамент. Активная сталь якоря набирается из листов специальной стали толщиной 0,5 или 0,35 мм. Листы изолируются с обеих сторон специальным лаком. Обмотка 4 укладывается в пазах, выштампованных в стали статора.

На рис. 173, а показано размещение трехфазной обмотки статора (на одной четвертой его части), а на схемах б и в — соединение обмотки статора в треугольник и в звезду. При соединении в треугольник начало первой фазы I соединяется с концом II, начало II — с концом III и начало III — с концом I.

При соединении обмоток статора звездой концы всех фаз соединяются в одну точку, называемую нулевой, а начала всех фаз остаются свободными и к ним присоединяется внешняя цепь, в которую подается вырабатываемая генератором электрическая энергия.

Синхронные трехфазные генераторы являются в настоящее время основными источниками электрической энергии как на береговых, так и на судовых электрических станциях любой мощности. За последние годы на морских судах получили широкое распространение синхронные генераторы, у которых обмотка возбуждения питается током статора, предварительно выпрямленным с помощью выпрямителей. При этом схема возбуждения этих машин обеспечивает такое изменение тока возбуждения, при котором напряжение на клеммах генератора поддерживается практически постоянным. Такие генераторы называются синхронными генераторами с самовозбуждением и саморегулированием напряжения.

Конструкция синхронного двигателя принципиально не отличается от конструкции синхронного генератора. Для того чтобы синхронный генератор работал в режиме двигателя, нужно отключить первичный двигатель и к фазным обмоткам статора подвести трехфазный ток из сети.

В этом случае генератор станет синхронным Электродвигателем, потребляющим ток. Проходя по фазным обмоткам, переменный трехфазный ток создает вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с электромагнитом ротора, увлекает его в сторону своего вращения. В результате ротор будет вращаться с такой же скоростью, как вращающееся магнитное поле. При этом генератор не остановится, даже если дать ему нагрузку, соединив с каким-нибудь механизмом. В этом и заключается сущность работы синхронного электродвигателя.

Регулирование скорости вращения ротора синхронного двигателя производится изменением частоты тока сети, а изменение направления вращения ротора — переключением двух любых фаз, т.е. взаимным пересоединением двух питающих проводов.

Похожие статьи

Генератор переменного тока: устройство, виды, выбор

Один из вариантов обеспечения электропитания — генератор переменного тока. Эта установка может быть как основным вариантом, так и только на время пропадания основного источника питания. 

Содержание статьи

Что такое генератор тока

Устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую, называют генератором тока. Они бывают переменного и постоянного тока. Устройства, вырабатывающие постоянный ток, более сложны в исполнении и менее надёжны.

Тоже как вариант))

С появлением полупроводниковых приборов, которые позволяют выпрямить переменный ток, по большей части всё равно использовался генератор переменного тока. Если необходим постоянный ток, на выходе источника переменного тока ставят выпрямитель, который формирует электропитание требуемого типа и уровня.

Устройство и принцип работы

Понять, как происходит такое преобразование, можно глядя на простейшую модель генератора. Его работа основана на принципе возникновения ЭДС — электродвижущей силы. Коротко сформулировать суть этого явления можно так, если замкнутая рамка пересекает магнитное поле, в ней возникает (наводится) электрический ток. Чтобы «снять» ток с рамки, используют специальное устройство ‒ щеточный узел. На концах рамки сделаны кольца, которые соприкасаются с токосъёмными контактами (щетками). Щетки, за счет силы упругости пружин, плотно прилегают к кольцам, обеспечивая контакт. К щеткам припаяны провода, по которым далее в устройство и передаётся ток.

Генератор переменного тока: устройство и принцип действия

Как получается переменное напряжение? Представьте себе, рамка вращается, то одной, то другой стороной приближаясь к полюсам (положительному S и отрицательному N). Чем ближе к полюсу, тем сильнее наводимое поле (больше сила тока), чем дальше ‒ тем меньше. Соответственно, на контактных кольцах имеем плавно изменяющуюся силу тока. Она то близка к нулю (когда рамка находится дальше всего), то подходит к максимуму. Таким образом, получаем на выходе ток синусоидальной формы.

Таким образом получаем на выходе генератора ток синусоидальной формы

Те же самые процессы происходят, если прямоугольную рамку закрепить неподвижно, а внутри нее вращать магнитное поле. Ток также имеет синусоидальную форму, просто имеем два типа установок ‒ с неподвижным статором и с неподвижным ротором.

Генератор постоянного тока устроен точно также и отличается только устройство снятия тока. К рамке прикреплены два полукольца, так что щетки снимают ток попеременно, то с одного конца рамки, то с другого. В результате на выходе имеем положительные полуволны, которые близки к постоянному току.

Виды бытовых генераторов

Это была теория, а теперь переходим к практике. Генераторы электрического тока нужны обычно для обеспечения питанием электрооборудования. Существуют две ситуации:

  • Электрогенератор нужен на случай пропадания сети.
  • Как основной источник питания.

Простейшие генераторы постоянного и переменного тока: устройство и принцип работы

Для обоих случаев логика выбора похожа, но имеет свои особенности. Если генератор нужен для постоянной работы, на первое место выходит расход топлива и надёжность. Также стоит обратить внимание на «громкость» работы, ёмкость бака для топлива.

Для кратковременного включения на случай пропадания питания, чаще всего стараются приобрести не слишком дорогую модель. Но в погоне за экономией, не стоит забывать о качественных характеристиках.

Синхронные и асинхронные

Сейчас не станем разбираться к конструктивных особенностях, а остановимся на достоинствах и недостатках. Синхронные генераторы отличаются тем, что на якоре имеют обмотки. Они выдают более стабильное напряжение и имеют меньшие отклонения по частоте. Это хорошо для требовательных к качеству питания. К плюсам синхронных генераторов тока относят также нормальную реакцию на пусковые токи, так что нормально работают они с индуктивной нагрузкой (с электродвигателями). Минусы ‒ более сложная конструкция и высокая цена. Ещё один момент, наличие щеток, которые, как известно снашиваются и искрят. Так что при более высокой цене синхронные генераторы имеют меньший рабочий ресурс.

Устройство асинхронных моделей проще

Асинхронные генераторы имеют более простую конструкцию и более низкие цены. При относительно невысокой цене отличаются значительно большим эксплуатационным сроком. Но стабильность тока желает быть лучше: погрешность до 10% по напряжению и 4% по частоте. Ещё один недостаток: плохо переносят пусковые токи. Потому, для обеспечения нормальной работы сложной техники желательно иметь стабилизатор, а для плавного пуска электромоторы подключать через преобразователь частоты.

Инверторный или нет

Есть ещё так называемые инверторные бытовые генераторы тока. Это те же генераторы, но на выходе которых стоит дополнительное устройство, стабилизирующее выходные показатели. С учётом того что техника у нас становится всё более дорогой и требовательной к качеству питания, использование инверторных генераторов почти необходимость.

Генератор переменного тока с инвертором: основные узлы и блоки

Единственное исключение, когда агрегат будет стоять на даче или в доме, а в период его работы, «капризная» техника работать не будет. К группе «капризных» однозначно относится вся компьютерная техника, а также та, которая управляется при помощи микропроцессоров. Также «капризными» являются автоматизированные котлы. Если котёл зависит от наличия напряжения и автоматика в нем не механическая, вам однозначно требуется инверторный генератор.

Инверторный генератор кроме двигателя и непосредственно генератора, имеет ещё выпрямитель и инвертор

Как работает инверторный генератор переменного тока? То напряжение, которое выработал генератор, попадает на блок инвертора. Он сначала выпрямляется, а потом из постоянного напряжения формируются полярные импульсы заданной частоты (50 Гц) и скважности. На выходе устройства импульсы превращаются в синусоиду. В результате на выходе имеем питание с идеальными (почти) характеристиками. Так что асинхронный инверторный генератор подходит для питания любой техники. Вот только пусковые нагрузки по-прежнему проблема.

Количество фаз и топливо для первичного двигателя

Чтобы выбрать генератор переменного тока, необходимо разобраться с классификацией, видами и типами, достоинствами и недостатками. В первую очередь стоит определиться с количеством фаз, которые должен выдавать агрегат, как понимаете, есть однофазные и трехфазные. Выбирать по этому признаку стоит учитывая имеющуюся проводку или нагрузку. Если генератор должен обеспечить работу трехфазного потребителя, на его выходе должно быть именно такое напряжение. Если подключаемые приборы только однофазные, покупать трехфазный генератор стоит только тогда, когда он будет работать на постоянной основе. В качестве резервного обычно ставят однофазные агрегаты, обеспечивая питанием наиболее важные устройства.

Для начала необходимо определиться с количеством фаз вырабатываемого тока

Когда мы разбирались в принципе действия генераторов переменного тока, не рассматривался один момент: как и чем приводится в действие вращающаяся часть устройства. В бытовых моделях это двигатель внутреннего сгорания. Именно он приводит в движение ротор, а работать он может на следующих видах топлива:

  • бензин;
  • дизельное топливо;
  • газ.

Для бытового использования, чаще всего, используют дизельные и бензиновые генераторы. Так как оба вида топлива практически равнозначны по доступности, то выбор между ними основан на технических особенностях. О них подробнее немного ниже.

Генератор переменного тока: бензин или дизель?

Для бытовых целей обычно используют бензиновый или дизельный генератор тока. Сказать какой лучше однозначно невозможно, так как они отличаются по характеристикам. Потому для одних условий лучше бензиновый, для других ‒ оптимальный дизельный.

Выбор генератора тока зависит от многих моментов

Когда лучше выбрать бензиновый

Перечень свойств и особенностей бензинового генератора переменного тока:

  • Имеет небольшую мощность, не более 10 кВт.
  • Не рассчитан на длительную беспрерывную работу.
  • Имеет небольшой вес и размеры.
  • Работает негромко.
  • Небольшая цена.

    Бензиновые генераторы тока оптимальны для работы на непродолжительны период времени

Основное, что стоит помнить, бензиновый электрогенератор не рассчитан на длительную работу (сутками). Рекомендованная нагрузка, особенно у двухтактных моделей 2–3 часа в день и до 500 часов в год. Зато отличаются такие установки невысокой ценой и компактностью. Это отличный выбор, если надо питать совсем небольшую нагрузку непродолжительное время. Чаще всего такие генераторы берут с собой на природу, охоту, рыбалку и т. д.

Двухтактные бензиновые генераторы — лучший выбор для выезда на природу

Бензиновые генераторы тока с четырехтактными бензиновыми двигателями ресурс имеют существенно больше: до 3000–5000 тысяч часов. Но и его надолго не хватит при постоянной работе. Так что бензиновые генераторы имеет смысл ставить, если электричество отключается у вас редко и ненадолго.

Чем хороши дизельные

Дизельный генератор переменного тока ‒ установка гораздо боле мощная, но и настолько же более дорогостоящая. Бывают они двух типов: с воздушным и жидкостным охлаждением. Установки с воздушным охлаждением имеют средние габариты, среднюю мощность и вполне приемлемую цену. Вот они идеальны, если электричество отключается часто, но не постоянно. В то же время, маломощные дизельные генераторы (есть и такие) по характеристикам ненамного лучше бензиновых, а по цене раза в два выше. Так что если вам нужен генератор до 6 кВт мощности выбор, всё равно, имеет смысл остановить на бензиновой установке.

Дизельные ‒ более габаритные и мощные

Дизельный генератор с водяным (жидкостным) охлаждением ‒ это уже техника другого класса. Он может работать сутками и используются на предприятиях. На них применяются двигателя двух типов:

  • высокооборотистые – 3000 об/мин;
  • с низкими оборотами – 1500 об/мин.

Дизельный генератор с низкооборотистым двигателем отличается более низким уровнем шумов, более экономичны в плане расхода топлива на один киловатт. Но они же более дорогостоящие. имеют большие размеры и вес. Если дизельный генератор тока построен на основе высокооборотного движка, обойдётся один киловатт электроэнергии дешевле. Но шуметь дизель будет сильно.

Подобные модели могут обеспечивать предприятия

Итак, если вам нужна установка для выработки постоянного тока на продолжительный период или станция, которая будет снабжать электроэнергией постоянно, вам нужен дизельный генератор жидкостного охлаждения.

Опции и дополнительные возможности

Значительное влияние на цену оказывают опции. Хоть генераторы «с наворотами» стоят дороже, некоторые из дополнительных возможностей могут быть очень полезны. Например:

  • Защита от утечки. Встроенное УЗО, которое отслеживает наличие пробоя изоляции и отключает установку при появлении тока утечки.
  • Защита от перегрузки. Функция не даёт работать деталям «на износ».
  • Автоматический запуск. При пропадании электроэнергии генератор запускается сам.

Использование может быть разным

Есть ещё такие, без которых можно обойтись, но делающие эксплуатацию генератора тока более удобной. Например, контроль параметров с одновременным отображением на дисплее или передача данных о состоянии генератора на подключённый компьютер. Ещё, может быть, целый ряд конструктивных «добавок»: шумогасящий кожух, защитный кожух от низких температур, увеличенный топливный бак и т. д.

Особенности установки генератора

Речь пойдёт не о подключении, а об установке ‒ организации места, где генератор тока будет работать. Нужна просторная твёрдая и ровная площадка. При установке на неровной поверхности, повышается уровень вибрации, что угрожает целостности оборудования. Если говорить о мощных дизельных установках, то для них желательно бетонное или асфальтовое покрытие, в общем, плотное и надёжное основание.

Площадка должна быть ровной

Подключение генератора проводят кабелем, в соответствии с рекомендациями производителей. Само подключение производится в шкафу, куда заводится кабель от генераторной установки. Он подключается после вводного автомата и счетчика.

Если генератор будет уставлен в помещении, в нем должна быть хорошая вентиляция. Планируя на время работы двигателя оставлять двери открытыми, нужна будет решётка, чтобы никто не попал внутрь во время работы станции.

Как работает кондиционер (AC)?

Кондиционер в комнате или автомобиле работает, поглощая горячий воздух из определенной комнаты, перерабатывая его в себя с помощью хладагента и ряда змеевиков, а затем выпуская холодный воздух в ту же комнату, где находится изначально был собран горячий воздух.

Эта обработка в основном осуществляется с помощью пяти компонентов:

  • Испаритель
  • Компрессор
  • Конденсатор
  • Расширительный клапан
  • Хладагенты

Представьте себе, что вы находитесь на улице в изнуряющей жаре особенно жаркого летнего дня, делая богом забытые поручения, которые больше нельзя откладывать.Жара настолько невыносима, что кажется, что это самый жаркий день на земле со времен зарождения цивилизации. Но одна вещь держит вас в напряжении: знание того, что через час вы будете в своем кондиционированном доме.

Наконец-то пришло время: вы открываете дверь и входите в свой дом. Порыв холодного воздуха обволакивает каждую клеточку вашего тела, и вы сразу чувствуете себя лучше.

Я уверен, что все вы хотя бы раз в жизни имели этот опыт: «революцию охлаждения», которую кондиционеры принесли в человеческое общество, нельзя сбрасывать со счетов; Хотя у предыдущих поколений были вентиляторы и другие способы охлаждения в жаркие дни, они никогда не были столь удивительно эффективны, как современные кондиционеры, с точки зрения чистой охлаждающей способности.

В этой статье мы поговорим о кондиционерах и о том, что они делают и как они это делают, что делает их практически необходимостью в городских районах.

Части кондиционера

Существует два основных типа систем кондиционирования воздуха: оконные системы и сплит-системы, которые подразделяются на мини-сплит и центральные системы. На обыденном языке их обычно называют оконными AC или разделенными AC.

Независимо от типа установки, все кондиционеры состоят из четырех основных компонентов, которые перечислены ниже:

(Фото предоставлено ScienceABC)

Испаритель

Испаритель представляет собой змеевик теплообменника, который отвечает за сбор тепла. изнутри помещения с помощью охлаждающего газа.Этот компонент называется испарителем, в нем жидкий хладагент поглощает тепло, а испаряет в газ.

Внутренний блок сплит-кондиционера содержит змеевик испарителя (Фото предоставлено Shutterstock)

Наиболее распространенные газы-хладагенты, используемые в системах кондиционирования воздуха, включают гидрофторуглероды или ГФУ, такие как R-410A, хлорфторуглероды или CFC, такие как R-22 и углеводороды, такие как R-290. Этот газ фактически поглощает тепло из помещения и переходит к следующему компоненту для дальнейшей обработки, который…

Компрессор

Как следует из названия, здесь сжимается газообразный хладагент.Он находится в наружном блоке, т.е. в той части, которая установлена ​​снаружи дома.

Конденсатор

Конденсатор поглощает испарившийся хладагент из компрессора, превращает его обратно в жидкость и отводит тепло наружу. Конечно, он также расположен на внешнем блоке сплит-системы переменного тока.

Конденсатор переменного тока (Фото: tradekorea)

Расширительный клапан

Расширительный клапан, также известный как дроссельное устройство, расположен между двумя змеевиками, охлаждающими змеевиками испарителя и горячими змеевиками конденсатора.Он контролирует количество хладагента, движущегося к испарителю.

Обратите внимание, что в случае оконных кондиционеров все три упомянутых выше компонента расположены в небольшой металлической коробке, установленной в оконном проеме.

Это основные компоненты кондиционера. Давайте посмотрим, как они работают вместе, чтобы заставить кондиционер делать то, что он делает.

AC Принцип работы кондиционера

Кондиционер собирает горячий воздух из определенной комнаты, перерабатывает его в себя с помощью хладагента и ряда змеевиков, а затем выпускает холодный воздух в ту же комнату, где находится горячий воздух. воздух изначально собирался.Так работают все кондиционеры.

Разоблачение мифа

Многие люди считают, что кондиционер с помощью установленных в нем устройств генерирует охлажденный воздух, который может так быстро охладить комнату. Это также может объяснить, почему он потребляет так много электроэнергии. На самом деле, однако, это ошибка. Кондиционер — это не волшебное устройство; он очень эффективно использует только некоторые физические и химические явления для охлаждения определенной комнаты.

Что происходит, когда включается кондиционер?

Когда вы включаете кондиционер и устанавливаете желаемую температуру, скажем, 20 градусов Цельсия, установленный в нем термостат обнаружит разницу между температурой комнатного воздуха и выбранной вами температурой.

Фотография предоставлена: Flickr

Этот теплый воздух всасывается через решетку в нижней части внутреннего блока, который затем проходит через некоторые трубы, по которым протекает хладагент, то есть хладагент. Хладагент поглощает тепло и сам становится горячим газом. Таким образом, тепло удаляется из воздуха, попадающего на змеевики испарителя. Обратите внимание, что змеевик испарителя не только поглощает тепло, но и вымывает влагу из поступающего воздуха, что способствует осушению помещения.

Этот горячий газообразный хладагент затем поступает в компрессор, расположенный на внешнем блоке.В соответствии со своим названием компрессор сжимает газ так, что он становится горячим, поскольку сжатие газа увеличивает его температуру.

Этот горячий газ под высоким давлением затем достигает третьего компонента — конденсатора. Здесь также конденсатор остается верным своему названию и превращает горячий газ в жидкость.

Хладагент входит в конденсатор в виде горячего газа, но быстро становится более холодной жидкостью, поскольку тепло от «горячего газа» рассеивается в окружающую среду через металлические ребра. В результате хладагент теряет тепло, покидая конденсатор, и становится более холодной жидкостью.Он проходит через расширительный клапан — крошечное отверстие в медной трубке системы, — который контролирует поток холодного жидкого хладагента в испаритель, так что хладагент поступает в точку, откуда начался его путь.

Вот упрощенная схема процесса:

(Фото предоставлено Илмари Каронен / Wikipedia Commons)

Хотя все компоненты, участвующие в процессе кондиционирования воздуха в оконных кондиционерах, находятся в одном металлическом ящике, основной процесс охлаждения остается в точности то же.

Детали оконного кондиционера. (Фото: Википедия)

Весь процесс повторяется снова и снова, пока не будет достигнута желаемая температура. Короче говоря, кондиционер снова и снова всасывает теплый воздух, охлаждает его и выталкивает обратно в комнату, пока не останется теплый воздух для охлаждения.

Как бы мы ни были зависимы от кондиционеров, удивительно, что они изначально не были разработаны для удобства людей. Мотивацией к созданию первой современной системы кондиционирования воздуха было устранение определенных проблем в производственных процессах издательства! Верить в то, что машина, которая должна была поддерживать издание газет в больших количествах, может однажды стать неотъемлемой частью каждого современного дома — это что-то, не так ли?

Вы действительно знаете, как работает кондиционер?

Пройдите короткую викторину, чтобы проверить свои знания!

Начать викторину

Ваш ответ:

Правильный ответ:

Далее

У вас {{SCORE_CORRECT}} из {{SCORE_TOTAL}}

Пройти тест еще раз

Рекомендуемая литература

Как работают кондиционеры — archtoolbox.com

Кондиционер работает на основе принципов фазового преобразования, то есть преобразования материала из одного состояния (или фазы) вещества в другое, например, когда материал переходит из жидкости в газ. Когда происходит переход жидкости в газ, материал поглощает тепло. И наоборот, когда материал переходит из газа в жидкость, он выделяет тепло. Кондиционер — это, по сути, машина, которая форсирует фазовое преобразование и использует полученные в результате принципы теплопередачи для охлаждения зданий.

Кондиционеры состоят из множества компонентов, основными из которых являются жидкостный компрессор, конденсатор и змеевик испарителя. Мы выберем точку в цикле кондиционирования воздуха и опишем, как движение хладагента через систему работает для охлаждения здания. Поскольку компрессор является одним из самых важных элементов оборудования в системе кондиционирования воздуха, давайте начнем с него.

Цикл кондиционирования воздуха

Во всех системах кондиционирования воздуха используется особый материал для фазового преобразования.Этот материал называется хладагентом и содержится в трубке, проходящей через систему кондиционирования воздуха. Хладагент втягивается в компрессор системы (позиция 1 на схеме ниже) в виде теплого пара после выхода из змеевика испарителя (что будет объяснено ниже).

Компрессор увеличивает плотность поступающего пара хладагента, вызывая повышение его давления и температуры. Обычно это достигается с помощью центробежной системы, в которой серия вращающихся лопастей быстро выталкивает пар за пределы камеры компрессора, после чего он выходит.Этот горячий пар под высоким давлением затем поступает в конденсатор кондиционера (позиция 2), где он проходит через серию змеевиков с прикрепленными тонкими металлическими ребрами. Вентилятор обдувает ребра воздухом, и тепло перемещается от хладагента к ребрам и в воздушный поток, что очень похоже на метод, который использует радиатор для отвода тепла от охлаждающей жидкости, циркулирующей внутри двигателя автомобиля. Воздух, проходящий через змеевики конденсатора, выводится наружу здания и выбрасывается в атмосферу.

Это отключение через конденсатор приводит к потере значительного количества тепла паром, и впоследствии он меняет фазу с газа на высокотемпературную жидкость. Затем жидкий хладагент нагнетается через расширительный клапан (позиция 3), который в основном представляет собой точечное отверстие, которое заставляет жидкость образовывать туман. Внезапное падение давления и расширение материала, когда жидкость превращается в туман, приводит к быстрому охлаждению жидкости, поскольку она отбрасывает тепловую энергию. Этот холодный туман проходит через змеевик испарителя (поз. 4), который расположен непосредственно в воздушном потоке циркуляционного вентилятора, который втягивает воздух изнутри здания.Вентилятор проталкивает воздух через холодные змеевики, которые забирают тепло из воздуха, заставляя воздух охлаждаться. Передача тепла хладагенту заставляет его снова превратиться в теплый пар, и он попадает в компрессор, чтобы снова начать цикл.

Схема работы кондиционеров

Удаление влаги — осушение

В дополнение к охлаждению внутреннего пространства кондиционеры также обеспечивают осушение воздуха. Первоначальная цель изобретения кондиционера заключалась в том, чтобы удалить влажность из промышленных помещений, при этом охлаждение воздуха считалось вторичным эффектом.Удаление влаги во время работы кондиционера происходит, когда относительно теплый воздух внутри здания протягивается через холодные змеевики испарителя. Поскольку физика гласит, что теплый воздух может удерживать больше воды, чем холодный, охлаждение воздуха в здании, когда он контактирует со змеевиками испарителя, заставляет его выделять влагу, которая образуется в виде конденсата на змеевиках. Этот конденсат со временем стекает, собирается и выводится наружу здания или в канализацию.Снижение влажности в здании способствует повышению уровня комфорта пассажиров за счет повышения эффективности естественной системы охлаждения тела. Комбинация удаления влажности и снижения температуры определяет «кондиционирование» воздуха.

Хладагенты

Хладагенты для кондиционирования воздуха обычно состоят из материалов, которые не вызывают коррозии и обладают способностью легко переходить между газовой и жидкой фазами при рабочих температурах системы кондиционирования.Обычно используемые хладагенты — это диоксид углерода, аммиак и химические вещества, называемые негалогенированными углеводородами, при этом тип хладагента выбирается в зависимости от конкретного применения для охлаждения.

В прошлом использовались хлорфторуглероды (CFC) и гидрохлорфторуглероды (HCFC), но производство CFC было прекращено в 1990-х годах, а производство ГХФУ будет прекращено к 2030 году из-за их озоноразрушающей способности.

Принцип работы кондиционера

Простое объяснение со схемой

Проведя бесчисленные часы, изучая, как работает кондиционер, я собрал воедино все свои исследования и объяснил их простым языком.

Для написания этой статьи я читал книги и журналы, чтобы свести воедино и упорядочить технические термины простым языком для облегчения понимания.

В этой статье я расскажу не только о холодильном цикле. Я объясню соответствующие процессы и компоненты, чтобы дать вам полную картину того, как работает кондиционер. Это будет довольно долго, так что приступим.

Основной принцип работы кондиционера

Принцип кондиционирования воздуха основан на законах термодинамики.Кондиционер работает по холодильному циклу. Определенные хладагенты необходимы в качестве рабочей жидкости в холодильном цикле.

Кондиционер проходит через 4 процесса; сжатие, конденсация, расширение и испарение. Обычно кондиционер состоит из 4 основных компонентов; компрессор, теплообменник, вентилятор и расширительный клапан. Принцип работы

переменного тока в диаграмме Принцип работы переменного тока с компонентами

Кроме того, в кондиционерах есть другие компоненты, такие как фильтр-осушитель и печатная плата, эти компоненты будут рассмотрены позже в этой статье.В системе кондиционирования воздуха трубы необходимы для передачи тепловой энергии из помещения в помещение. Изоляция всегда необходима в системе кондиционирования воздуха для предотвращения потерь энергии.

Кондиционер не только охлаждает или снижает температуру воздуха, но и осушает воздух до комфортного для человека уровня. Кондиционер также обеспечивает определенную степень фильтрации воздуха в процессе охлаждения.

Хладагент для кондиционирования воздуха

Хладагент — это рабочая жидкость в системе кондиционирования воздуха.Хладагент — это общее название группы химических веществ, таких как гидрофторуглероды (ГФУ), аммиак, пропан и диоксид углерода.

Жидкость, используемая в холодильном цикле, называется хладагентом, это имеет смысл. Хладагент не обязательно должен быть химическим веществом, о котором мы редко слышим, даже воздух и воду можно назвать хладагентом, если они являются рабочей жидкостью в холодильном цикле.

Изображение хладагента R32 или HFC-32, содержащегося в резервуаре.

Из хладагентов для кондиционеров лучше всего подходит гидрофторуглерод или HFC.HFC — это фамилия его членов. Некоторым членам HFC известны имена, такие как R132a, R410A и R32.

ГФУ — это наиболее распространенный тип хладагента, используемый в бытовых кондиционерах, особенно R410A и более новый R32. Прочтите мой пост о том, почему R32 — лучший хладагент для кондиционеров сейчас [прочитать сообщение].

В старых кондиционерах в основном использовался хладагент R22. R22 относится к семейству хлорфторуглеродов или CFC. Большинство ХФУ, включая R22, запрещены в большинстве стран из-за их озоноразрушающей способности, которая способствует глобальному потеплению.В конце концов, R22 и другие CFC будут выведены из обращения, и их заменят более новые, более экологичные хладагенты.

Почему хладагент используется в системах кондиционирования воздуха?

Хладагент используется в системе кондиционирования воздуха для передачи тепловой энергии. Хладагент поглощает тепло из комнаты и выводит его за пределы дома. Таким образом, охлаждение помещения.

R22, R410A и R32 — обычные хладагенты, используемые в бытовых кондиционерах из-за их уникальных химических свойств.Ниже приведены некоторые из желательных характеристик хладагента:

  • Низкая точка кипения и замерзания
  • Химическая стабильность
  • Невоспламеняющийся
  • Низкая токсичность
  • Низкая стоимость
  • Экологичность

Чтобы объяснить, почему конкретный хладагент необходимо использовать, предположим, используется ли вода в качестве хладагента в кондиционере. Вода не превращается в пар, когда она поглощает тепло из комнаты, из-за ее высокой температуры кипения (относительно высокой по сравнению с R410A).Впоследствии жидкая вода попадает в компрессор, и система выходит из строя, потому что жидкость не сжимается. Следовательно, воду нельзя использовать в качестве хладагента в кондиционере.

С другой стороны, если R410A используется в качестве хладагента в кондиционере, R410A превратится в газовую форму, когда он будет поглощать тепло из комнаты из-за своей низкой температуры кипения (около 5 ° C при 120 фунт / кв. Дюйм). Таким образом, газообразный хладагент можно сжимать, и система работает.

PT Таблица хладагента

PT или диаграмма давление-температура — важный инструмент в форме таблицы или диаграммы, представляющий взаимосвязь давления и температуры хладагента для проектирования и устранения неисправностей систем кондиционирования воздуха.

Я буду использовать R410A в качестве хладагента, чтобы объяснить диаграмму PT и рабочее давление кондиционера.

Типичный сплит-кондиционер с R410A работает при давлении около 120 фунтов на квадратный дюйм на линии всасывания и около 430 фунтов на квадратный дюйм на линии нагнетания. Рабочее давление меняется в зависимости от погоды и тепловой нагрузки в помещении.

Упрощенное рабочее состояние R410A

Трубопровод, идущий от конденсатора (наружный блок) к испарителю (внутренний блок), часто называют жидкостным трубопроводом, потому что хладагент находится в жидкой форме при перемещении внутри трубы.Трубку, идущую от испарителя (внутреннего блока) обратно к конденсатору (наружному блоку), часто называют газовой трубой.

При обсуждении давления хладагента газовая труба часто разрывается на линию всасывания и линию нагнетания, ссылаясь на компрессор, всасывающий и выпускающий хладагент.

Хладагент имеет фиксированную температуру при заданном давлении. Повышение давления хладагента приведет к изменению его температуры. Соотношение давления и температуры для R410A показано на приведенной ниже таблице PT.

Используя диаграмму PT, мы можем определить, находится ли давление хладагента в кондиционере в соответствующем диапазоне или нет. Неправильное давление вызовет такие проблемы, как недостаточное охлаждение и замерзание змеевика.

Термодинамика кондиционирования воздуха

Процесс кондиционирования воздуха подчиняется первому и второму законам термодинамики. Для простоты вы можете рассматривать первый закон и второй закон термодинамики как закон сохранения энергии и теплового равновесия соответственно.

Закон разговора энергии гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, ее можно только передать. Кондиционер передает тепловую энергию из комнаты за пределы дома, тем самым охлаждая комнату. Он не создает никакой «холодной энергии» для охлаждения комнаты.

Термическое равновесие — это случай, когда нет чистого потока тепловой энергии между двумя подключенными физическими системами. Согласно второму закону термодинамики, две связанные физические системы всегда достигают состояния теплового равновесия, при котором тепловая энергия всегда течет от системы с более высокой энтропией к системе с более низкой энтропией (можно рассматривать как тепловую энергию всегда от более горячей к системе). более холодный).

Как видно из рисунка выше, кофе всегда будет холоднее. Кофе никогда не поглотит тепло из окружающей среды и не станет более горячим, потому что это нарушит второй закон термодинамики.

Холодный хладагент поступает во внутренний блок кондиционера. Тепловая энергия из помещения всегда поглощается холодным хладагентом и уносится из помещения. Таким образом, охлаждение помещения.

Цикл охлаждения, поясняемый схемой

Кондиционер работает с использованием цикла охлаждения.Есть много типов холодильных циклов. В кондиционере используется парокомпрессионный холодильный цикл.

Упрощенная диаграмма P-H для реального парокомпрессионного холодильного цикла.

Холодильный цикл кондиционера может быть проиллюстрирован диаграммой P-H. Ось Y представляет давление, а ось X представляет энтальпию. Что касается энтальпии, вы можете думать об этом как об энергии.

4 цикла охлаждения

Каждый раз, когда включается кондиционер, хладагент проходит через эти 4 стадии: сжатие, конденсацию, расширение и испарение.Цикл продолжается до выключения кондиционера.

1. Сжатие

На этом этапе в систему подается внешняя энергия для сжатия хладагента. Хладагент должен быть в газовой форме, чтобы было возможно сжатие.

  • Давление — повышение
  • Температура — повышение
  • Состояние — газ

Во время сжатия давление и температура газообразного хладагента повышаются, при подготовке к следующему этапу.

2. Конденсация

Конденсация — это процесс, при котором газ превращается в жидкость. Точно так же сжатый хладагент, который находится в газовой форме, на этой стадии превращается в жидкую форму.

  • Давление — без изменений
  • Температура — без изменений
  • Состояние — от газа к жидкости

Во время конденсации из газообразного хладагента отбирается тепло, энтальпия или энергия газообразного хладагента падает, давление не меняется.Кроме того, нет изменения температуры хладагента, поскольку энергия используется для преобразования газа в жидкость.

3. Расширение

Когда хладагент достигает этой стадии, он находится в жидкой форме. Хотя во время конденсации давление снижается, оно все же относительно высокое.

  • Давление — уменьшение
  • Температура — уменьшение
  • Состояние — жидкость и газ

На этом этапе жидкий хладагент быстро расширяется, вызывая огромное падение давления и температуры.После расширения температура хладагента составляет около 5 ° C, что позволяет охлаждать комнату.

4. Испарение

Испарение — это процесс, при котором жидкость снова превращается в газ. Теперь расширенный жидкий хладагент начинает процесс испарения, поглощая тепло из комнаты.

  • Давление — без изменений
  • Температура — без изменений
  • Состояние — с жидкости на газ

Поглощая тепло из помещения, жидкий хладагент набирает энергию и закипает.Помните, ранее я упоминал, что хладагент должен иметь низкую температуру кипения?

После стадии испарения весь жидкий хладагент должен превратиться в газообразную форму, вернуться на стадию сжатия, и цикл продолжается.

8 Компоненты кондиционера

В этом разделе я представлю 4 основных компонента внутри кондиционера, которые выполняют 4 процесса, упомянутые ранее.

1. Компрессор

Процесс сжатия выполняется компрессором кондиционера.Компрессор расположен на наружном блоке кондиционера.

Спиральный компрессор слева, поршневой компрессор справа

Компрессор кондиционера подобен сердцу человека. Это главный двигатель, который приводит в действие кондиционер. Его сила сжатия — это то, что заставляет хладагент циркулировать между внутренним и наружным блоками кондиционера.

Компрессор потребляет больше всего энергии среди компонентов кондиционера и является самым дорогим компонентом для замены.

Есть много типов компрессоров, таких как спиральные, поршневые, винтовые и центробежные. В большинстве бытовых кондиционеров, таких как сплит-агрегаты, используется спиральный компрессор.

Спиральный компрессор вращается для сжатия. Газообразный хладагент поступает в компрессор через внешнее кольцо, а затем принудительно перемещается к внутреннему кольцу, сжимается и сжимается в процессе.

Компрессор вносит наибольший шум и вибрацию в кондиционер. Таким образом, резина компрессора необходима для уменьшения вибрации.Каучуки размещены на опоре компрессора.

Резины компрессораКомпрессор кричит от неудовлетворенности

2. Змеевик конденсатора и испарителя

Змеевики конденсатора и испарителя отвечают за процесс конденсации и испарения. Змеевик конденсатора расположен на наружном блоке, а змеевик испарителя — на внутреннем блоке кондиционера.

Змеевик конденсатора слева, змеевик испарителя справа

Змеевики — это то место, где происходит процесс теплопередачи в кондиционере.С технической точки зрения эти змеевики называют теплообменниками. Если быть точным, их называют теплообменниками с оребрением.

Оребренный теплообменник изготовлен из медных трубок и алюминиевых пластин. Медные трубки предназначены для прохождения хладагента, а алюминиевые ребра улучшают процесс теплопередачи.

Иллюстрация процессов, происходящих в змеевике конденсатора.

Материал, используемый для теплообменника — медь и алюминий, поскольку требуется высокоэффективная передача тепла. Другими словами, медь и алюминий очень хорошо проводят тепло.Это обеспечивает высокую энергоэффективность кондиционера и снижает потребление электроэнергии.

Алюминий по своей природе имеет серебристый цвет. Некоторые кондиционеры оснащены пластинами синего цвета, потому что на алюминиевые пластины нанесено антикоррозийное покрытие для увеличения их долговечности.

3. Вентилятор

Вентиляторы используются в кондиционерах для циркуляции воздуха через конденсатор и змеевик испарителя. В кондиционере сплит-системы есть два набора вентиляторов: один на внутреннем блоке, а другой — на наружном.

Вентиляторы предназначены для обеспечения определенной скорости воздушного потока. Например, кондиционер на 1 л.с. (лошадиные силы) всегда будет иметь скорость воздушного потока около 350 кубических футов в минуту.

Вентилятор можно разделить на две части: двигатель вентилятора и лопасть вентилятора. Мотор вентилятора потребляет электроэнергию и выполняет вращательное движение. Лопасть вентилятора обычно изготавливается из пластика, который рассчитан на определенный угол атаки, чтобы он мог эффективно выталкивать воздух. Когда они соединены вместе, они выдувают воздух.

Слишком сильный воздушный поток вызывает неполную конденсацию и испарение, влияя на производительность и срок службы кондиционера.Чрезмерный поток воздуха через змеевик испарителя замедляет процесс осушения, в результате чего относительная влажность воздуха не снижается до комфортного уровня.

  • Вентилятор внутреннего блока
  • Вентилятор наружного блока

Лопасти вентилятора обычно изготавливаются из пластика из-за их низкой стоимости и легкости. Чем меньше вес, тем меньше энергии он потребляет. Однако для некоторых применений требуется нержавеющая сталь, которая является гораздо более тяжелым материалом, чтобы противостоять коррозии.

Вентилятор кондиционера потребляет относительно меньше энергии, чем компрессор.Смещенные вентиляторы могут вызывать чрезмерную вибрацию и шум.

4. Расширительный клапан

Расширительный клапан — это дозирующее устройство, которое используется для контроля количества хладагента, поступающего в испаритель, при его расширении в процессе, вызывающем быстрое падение давления и температуры хладагента. Расширительный клапан можно найти на испарителе или внутреннем блоке кондиционера.

Тепловой расширительный клапан слева, электронный расширительный клапан справа

Обычно существует два типа расширительных клапанов: тепловые расширительные клапаны и электронные расширительные клапаны.Тепловой расширительный клапан также известен как TXV, а электронный расширительный клапан может называться EXV или EEV.

Терморегулирующий клапан содержит небольшое количество расширяющегося газа в чувствительной груши. Когда достигается определенная температура, газ расширяется и вызывает открытие клапана, позволяя пройти определенному количеству хладагента.

Электронный расширительный клапан использует электрический сигнал для управления открытием клапана. В отличие от теплового расширительного клапана, который имеет фиксированный рабочий диапазон, электронный расширительный клапан более гибок в рабочем диапазоне, поскольку сила его электрических сигналов может быть изменена путем перепрограммирования контроллера.

Подробное видео о том, как работает терморегулирующий вентиль, см. Ниже.

В современных кондиционерах используются электронные расширительные клапаны для более точного регулирования хладагента. Со временем электронный расширительный клапан может сэкономить больше энергии, чем тепловой расширительный клапан.

5. Фильтр-осушитель

Фильтр-осушитель — это фильтрующее устройство, используемое для улавливания мелких частиц грязи и удаления избыточной влаги из холодильной системы. Фильтр-осушитель находится внутри наружного блока кондиционера.

Фильтр-осушитель до и после разрезания

Частицы, такие как металлическая стружка и частички грязи, могут собираться внутри медных труб хладагента во время установки. Когда кондиционер включается впервые, эти частицы улавливаются фильтром-осушителем. Кроме того, фильтр-осушитель удаляет излишнюю влагу из хладагента, чтобы кондиционер оставался на должном уровне.

Поскольку хладагент циркулирует в замкнутом контуре, фильтр-осушитель работает только при заправке хладагента.Другими словами, за исключением первоначального запуска, фильтр-осушитель работает всякий раз, когда устраняется утечка газообразного хладагента.

Фильтрующий материал внутри фильтра-осушителя не подлежит замене, необходимо заменить целую часть фильтра-осушителя. Следовательно, некоторые техники могут порекомендовать заменить фильтр-осушитель при устранении утечки газообразного хладагента.

6. Печатная плата

Печатная плата или печатная плата, или плата IC, или плата управления, представляет собой электронную плату в кондиционере, которая используется для управления работой почти всех компонентов, включая компрессор, вентиляторы, расширительный клапан и другие, такие как дистанционное управление и инвертор.

Плата наружного блока переменного тока.

Печатную плату можно найти как во внутреннем, так и во внешнем блоках сплит-кондиционера. Плата внутреннего блока позволяет дистанционно включать / выключать кондиционер, устанавливать температуру, скорость вентилятора и таймер. Плата наружного блока обеспечивает включение / выключение или инверторное управление компрессором, регулирует скорость вентилятора конденсатора и срабатывает защитные устройства в случае аварии.

В современных кондиционерах широко используются печатные или электронные платы, чтобы обеспечить более совершенные функции, такие как управление мобильным телефоном через приложение через Wi-Fi.

7. Накопительный бак

Обычно вы видите три черных компонента, похожих на резервуар, внутри наружного блока переменного тока. Они разные по размеру; маленький, большой, большой. Это фильтр-осушитель, компрессор и аккумуляторный бак.

Накопительный бак — это защитное устройство, которое предотвращает попадание жидкого хладагента в компрессор, предотвращая причину необратимых повреждений компрессора. Аккумуляторный бак устроен таким образом, что газовый хладагент имеет приоритет над жидким хладагентом при выходе из аккумуляторного бака.Таким образом, обеспечивается защита компрессора, поскольку жидкий хладагент не может сжиматься.

Поток хладагента переменного тока в рассеченном аккумуляторном баке переменного тока.

Я сделал несколько снимков, предоставленных AC Service Tech. Не стесняйтесь перейти по ссылке на видео с объяснением, в котором подробно рассказывается о аккумуляторном баке.

8. Воздушный фильтр

Фильтр используется в кондиционере для блокировки пыли и, таким образом, упрощает процесс очистки, поддерживает эффективность и продлевает срок службы кондиционера.

По сути, фильтр не требуется для работы кондиционера. Однако без фильтра пыль будет быстро собираться на змеевике конденсатора и испарителя, блокируя прохождение воздуха через змеевики, вызывая неполную конденсацию и испарение, влияя на производительность и сокращая срок службы кондиционера.

Фильтр позволяет улавливать большую часть пыли до того, как она попадет в змеевики. Как только фильтр соберет значительное количество пыли, его можно мыть и использовать повторно.Фильтр — чрезвычайно удобное и экономичное решение для поддержания производительности кондиционера.

  • Разделенный фильтр переменного тока
  • Фильтр FCU
  • Карманный фильтр
  • HEPA-фильтр

Однако не все фильтры можно мыть. Обычно высокоэффективные фильтры, такие как рукавные и HEPA-фильтры, нельзя мыть. Их необходимо периодически заменять, чтобы поддерживать эффективность фильтрации. Эти высокоэффективные фильтры можно найти в кондиционерах в больницах и чистых полупроводниковых помещениях.

Медная труба и изоляция для кондиционера

Медные трубы используются для соединения внутреннего блока и наружного блока кондиционера. Хладагент циркулирует между внутренним и наружным блоками, отводя тепло из помещения по медным трубам.

Трубки хладагента на наружном блоке переменного тока.

Хладагент внутри медной трубы имеет очень низкую температуру на пути от конденсатора к испарителю. Таким образом, изоляция медных труб необходима для предотвращения потерь энергии (или потерь холода) и, следовательно, для предотвращения падения энергоэффективности кондиционера.

Кроме того, изоляция медной трубы предотвращает образование капель воды вокруг медных труб из-за конденсации. Следовательно, предотвращая капание воды.

Медная труба и изоляция для кондиционера

Медная труба всегда используется для соединения внутреннего и наружного блоков кондиционера. Никакие другие материалы не подходят лучше, чем медь. Я написал статью специально о том, почему медные трубы используются в кондиционировании воздуха. В статье рассказывается о прочности меди в системах кондиционирования воздуха и объясняется, почему другие материалы не подходят.

Осушение в кондиционировании воздуха

Кондиционер не только охлаждает воздух, но также осушает или удаляет влагу из воздуха.

Обычно люди чувствуют себя комфортно при температуре от 22 ° C до 27 ° C и относительной влажности от 40% до 60%. Следовательно, кондиционер должен удалять часть влаги из воздуха, чтобы обеспечить максимальный комфорт.

Кондиционер удаляет влагу за счет конденсации водяного пара в воздухе. Не путать с конденсацией хладагента, конденсация воздуха происходит в испарителе или внутреннем блоке кондиционера.Во время конденсации влага в воздухе образует капли воды и выводится через дренажную трубу кондиционера.

Чтобы водяной пар в воздухе конденсировался, температура соприкасающейся поверхности должна быть ниже точки росы воздуха в данный момент.

Воздух циркулирует обратно во внутренний блок кондиционера и проходит через змеевик охлаждающего испарителя. Поскольку холодный хладагент проходит через змеевик испарителя, температура змеевика испарителя может быть ниже 10 ° C.

В Малайзии средняя точка росы воздуха составляет 24 ° C. Температура соприкасающейся поверхности (змеевика испарителя) значительно ниже точки росы. Поэтому водяной пар в воздухе конденсируется в жидкую воду, и относительная влажность воздуха падает, воздух осушается.

Если вы хотите узнать больше, вот некоторые из моих других сообщений, связанных с осушением воздуха:

  • Осушают ли мини-секции? [читать сообщение]
  • Может ли кондиционер делать слишком сухой воздух? [прочитать сообщение]

Проводка кондиционера

Обычно однофазный силовой кабель подключается к наружному блоку сплит-кондиционера в жилом помещении.Один комплект однофазных силовых кабелей от наружного блока подключается к его внутреннему блоку. Для инверторного типа требуется один дополнительный сигнальный кабель для внутреннего блока.

Большинство бытовых кондиционеров имеют мощность не более 2,5 л.с. Номинальный ток кондиционера мощностью 2,5 л.с. составляет от 8 до 9 А в зависимости от марки и модели. Таким образом, достаточно кабеля ПВХ 3x1c 2,5 мм 2 . Что касается сигнального кабеля, это обычно кабель 1x1c 1,5 мм 2 PVC.

Кабели должны быть защищены кабелепроводом, чтобы предотвратить повреждение «кожи» кабеля или оболочки кабеля и вызвать короткое замыкание кабеля и более серьезные проблемы, такие как поражение электрическим током.

Заключение

Прежде всего, кондиционер работает по законам термодинамики. Кондиционер использует цикл охлаждения для поглощения и отвода тепла и, следовательно, для охлаждения.

Далее, кондиционерам для работы требуются определенные хладагенты. Хладагент в кондиционере проходит 4 процесса: сжатие, конденсацию, расширение и испарение.

Далее, в кондиционере есть 4 основных компонента: компрессор, конденсатор и змеевик испарителя, вентилятор и расширительный клапан, отвечающие за 4 процесса в холодильном цикле.Другие компоненты кондиционера второстепенные, но они важны для общей производительности кондиционера.

Кроме того, медь всегда используется в качестве трубы хладагента для соединения конденсатора (наружный блок) и испарителя (внутренний блок), а алюминий часто используется в качестве ребра змеевика конденсатора и испарителя, потому что они оба очень хорошо нагреваются. дирижер.

Более того, кондиционер не только охлаждает воздух, но и осушает его до комфортного для человека уровня.Водяной пар конденсируется в жидкую воду и выводится через дренажную трубу кондиционера, снижая относительную влажность воздуха.

Наконец, кондиционерам требуется питание, и поэтому кабели надлежащего размера должны соединять конденсатор (наружный блок) и испаритель (внутренний блок) с соответствующим кабелепроводом для защиты кабеля.

Хотя я рассказал в основном о теории кондиционирования воздуха, у меня есть пост о реальных приложениях и о том, как работает система HVAC. Это основы HVAC для начинающих.Не стесняйтесь переходить к сообщению [читать сообщение].


Найти другие решения

Например: обеспечивают ли кондиционеры кислород?

Стартовый пакет инженера-конструктора

Многие младшие инженеры не получают достаточного руководства и поддержки со стороны старших руководителей и менеджеров. Я считаю, что у младших инженеров должна быть возможность получить доступ к высокоуровневым навыкам и инструментам проектирования. Итак, начните свое путешествие по дизайну HVAC с девять (9) калькуляторов , пять (5) диаграмм и три (3) диаграммы .

Получать уведомления о новых сообщениях

Кондиционер (A / C) Принцип работы | Почему блок переменного тока — TON

Кондиционер (A / C) Принцип работы

Кондиционер обеспечивает комфорт в летнее время в термосе и поддерживает температуру в помещении на оптимальном уровне. Они также помогают нам удалять частицы из воздуха и влагу из помещения. В этой статье мы поговорим об основном принципе работы кондиционера.

Кондиционер имеет два соединенных змеевика, таких как испаритель и конденсатор, хладагент, компрессор, вытяжной вентилятор, соединительная медная трубка, величина расширения, стабилизатор, термистор и т. Д.

Прежде чем понять принцип работы кондиционера, просто вспомните, как работает наш организм. Хладагент — это кровь кондиционера, а компрессор — сердце, конденсатор — система сбраживания отходов.

Принцип работы кондиционера:

Основным принципом работы кондиционера является поддержание испарителя в более холодных условиях, чем комнатная температура. Таким образом, конденсатор будет горячее окружающей среды.

В этом состоянии непрерывно текущая жидкость (хладагент) не обращает внимания на тепло из комнаты и выбрасывается в окружающую среду.Это основной принцип работы кондиционера.

Для достижения этой цели в кондиционере требуются еще два компонента. Это компрессор и расширительный клапан . Компрессор увеличивает давление хладагента. Как показано выше, это компрессор поршневого типа и в наши дни, производители кондиционеров предлагают роторные компрессоры, поскольку роторный компрессор дешевле, чем поршневой компрессор.

Компрессор перекачивает хладагент в газообразном состоянии, поэтому при сжатии газа температура повышается вместе с давлением.

Температура на выходе из компрессора будет выше, чем температура окружающей среды. Поэтому, если вы пропустите горячий газ, теплообменник конденсатора будет легко отводить тепло за счет принудительного охлаждения. Вытяжной вентилятор в конденсаторном блоке упрощает эту задачу.

Во время этого тепло будет выбрасываться конденсатором. Этот конденсированный газ будет проходить в расширительный клапан жидкости, который установлен на выходе из конденсатора.

Здесь чистое давление на выходе из конденсатора ниже, чем чистое давление на входе в конденсатор.

Для чего нужен расширительный клапан в кондиционере?

Назначение расширительного клапана — ограничение потока хладагента (R22) и снижение давления жидкости.

Расширительный клапан работает, «мы можем вскипятить жидкость, снизив давление вокруг нее». Этот принцип работает внутри расширительного клапана, когда давление падает, одна часть жидкого хладагента начинает испаряться.

Однако для выполнения этого испарения необходимо подвести некоторую энергию; эта энергия поступает от хладагента.

Таким образом, его температура падает, и, наконец, мы получаем низкотемпературный хладагент внутри кондиционера. Также обратите внимание: эта низкая температура должна быть ниже добавленной комнатной температуры, это означает, что температура нового хладагента <комнатной температуры + температуры старого хладагента.

Таким образом, при пропускании воздуха в помещении через змеевик испарителя (внутренний блок) температура в помещении упадет. В процессе поглощения тепла хладагент превращается в пар.

В реальном кондиционере компрессор устанавливается рядом с конденсатором, а расширительный клапан — рядом с испарителем.Около змеевиков испарителя температура воздуха будет достаточно низкой, что приведет к конденсации воды на змеевике испарителя, поэтому нам понадобится труба для отвода водяного конденсата.

В современных компрессорах используют спиральные компрессоры поршневого типа. Эти компрессоры бесшумны и имеют хороший контроль скорости.

Как кондиционер может поддерживать почти постоянную температуру в помещении независимо от нагрузки. В современном кондиционере используется технология двигателя с регулируемой скоростью, называемая инверторной технологией.

Для лучшего контроля температуры, просто регулируя скорость двигателя, скорость компрессора, расход хладагента и охлаждающую способность, контролируемые точно.

Пересекающаяся конструкция для кондиционера, компрессор кондиционера рассчитан только на работу с паром, и небольшая часть жидкости влияет на его производительность и повреждает компрессор. По этой причине испаритель контролирует превращение всей жидкости в пар и даже увеличивает температуру пара на 5-8 градусов Цельсия после преобразования.Это делает жидкость, поступающую в компрессор, чисто паровой.

Это состояние поддерживается специальным расширительным клапаном, который называется термостатическим расширительным клапаном (TXV)

TXV похож на расширительный клапан. Температура лампочки регулирует нагреватель. Колба подключается к выходу испарителя. Хладагент внутри колбы отделен от основного цикла хладагента диафрагмой. Когда колба горячая, хладагент внутри испарится, и игла опускается.Мы знаем, что внезапное охлаждение хладагента достигается через расширительный клапан с помощью ограничения масляного хладагента через ограничительный охладитель. Давайте посмотрим на плохую ситуацию с компрессором. Предположим, что температура испарителя не такая низкая. Испаритель поглощает очень мало тепла, и вся жидкость не превращается в пар. Тогда хладагент при выходе из компрессора не будет перегретым. Эта низкая температура на выходе из испарителя сразу же ощущается колбой и заставляет иглу двигаться вверх, чтобы сузить ограничение.

Таким образом, испаритель будет получать гораздо более холодную жидкость и поглощать большое количество тепла. Это гарантирует, что вся жидкость будет преобразована в пар, сложный резервуар пара, имеющий паровое состояние, автоматически поддерживается TXV.

Почему кондиционер в тоннах:

Что такое тонна?

Тонна — это единица, которая связана с кондиционером. Тонна показывает, сколько тепла испаритель может поглотить из комнаты. Простыми словами обозначает тепловыделяющую способность кондиционера.

1 тонна = 3517 Вт или 12000 БТЕ (британская тепловая единица), 1 БТЕ = 1055 джоулей. В змеевике внутри помещения температура ниже комнатной. Тогда температура в змеевике вне помещения превышает температуру окружающей среды.

Изображение / контент Кредит: Обучение инженерии

Принцип работы кондиционера

Кондиционер незаменим в жаркое лето и благословение, когда вы приходите от палящего солнца.Ничто не может сравниться с сенсационным комфортом, предлагаемым кондиционером. Это идеальное решение для жаркого летнего сезона!

Есть разные типы кондиционеров, от оконных до переносных. Однако одной из самых популярных и известных является сплит-система кондиционирования. Но почему это предпочтительнее? Что отличает его от других? Что ж, преимуществ, возможностей, предлагаемых сплит-кондиционером, больше, чем у других кондиционеров.

Как работает сплит-кондиционер?

В сплит-системе переменного тока есть два блока: внутренний и внешний.Сначала компрессор кондиционера сжижает газообразный хладагент (фреон). А затем распространяет его на внешнюю часть кондиционера. Этот сжиженный хладагент перемещается во внутреннюю охлаждающую камеру. В самом внутреннем отделении эта сконденсированная жидкость охлаждает воздух в помещении и вытесняет его через прорези кондиционера.

Внутренняя и внешняя части делают систему кондиционирования сплит-типа отличной от других типов. Эти две части соединены гигантским соединением электрических проводов и гидравлических трубок.Эти две взаимосвязанные части блока переменного тока сплит-системы работают синхронно. Синхронизация обоих поддерживает более низкий уровень температуры в вашей комнате.

Этот инновационный механизм позволяет сплит-системе поддерживать равномерное охлаждение во всем помещении и даже экономить деньги. Подождите, в механизме раздельного кондиционера есть нечто большее, чем это. Давайте пробираемся через него и сделаем ваши летние дни морозными!

Сжатие хладагента

Хладагент — это агент, используемый для охлаждения.Это позволяет кондиционеру собирать все тепло вашей комнаты. Хладагентом, используемым в системах охлаждения и кондиционерах, является фреон, который обычно находится в газообразной форме. Компрессор забирает этот хладагент и оказывает на него давление.

Давление, оказываемое на газообразный хладагент, конденсирует его и превращает в жидкость. Компрессор сжижает газы, одновременно увеличивая гидравлическое давление и понижая температуру. Под действием высокого давления выделяется дополнительное тепло, заключенное между молекулами газа.Затем этот сжатый газ циркулирует в вихревых трубах или трубках.

Конденсация газа

Эти закрученные или скрученные трубы используются для сжижения газа.

Сжижение газа означает преобразование или конденсацию его в жидкую форму.

По мере поступления газа в закрученные трубки небольшого диаметра он начинает терять тепловую энергию. Таким образом, тепловая энергия или кинетическая энергия молекул газа становится слишком низкой. Это позволяет компрессору преобразовывать газ в жидкость.

На этом этапе газ начинает превращаться в жидкость под высоким давлением и низкой температурой.

Расширение сжиженного газа

Целью этого шага является резкое изменение температуры газа. На этом этапе молекулы сжиженного газа проходят через встроенную камеру расширения. На конце загнутых трубок имеется небольшое выходное отверстие или узкое отверстие.

Когда сжиженный газ под высоким давлением выходит из этого расширительного патрубка, его давление внезапно падает.Снижение гидравлического давления с 200 атм до атмосферного составляет всего 1 атм.

Таким образом, внезапное снижение давления приводит к гигантскому падению температуры газа. Итак, после завершения этого шага выделяется максимальное количество тепла. Температура фреона тоже слишком сильно понижается. Этот шаг повторяется несколько раз, чтобы максимально снизить температуру газа.

Охлаждение наружного воздуха

Переохлажденный газ поступает в испарительные змеевики.Воздух из помещения также попадает в кондиционер через ребра испарителя. Этот внешний воздух проходит через испарительные змеевики. Затем хладагент сильно охлаждает наружный воздух.

Таким образом воздух в помещении охлаждается. Затем этот воздух возвращается в комнату от вентилятора.

Достижение определенной температуры охлаждения

Кондиционер обычно работает для получения определенной уставки, которую вы настраиваете с пульта дистанционного управления. Эта уставка термостата, зафиксированная в сплит-кондиционере, достигается на этом этапе.Охлажденный наружный воздух несколько раз циркулирует по испарительным змеевикам.

Эти многократные циркуляции воздуха доводят его температуру до заданного значения. Итак, эта точка достигает, и компрессор и испаритель на какое-то время перестают работать.

Отклонение температуры от заданного значения снова заставляет конденсатор и испаритель охладить воздух. Следовательно, вышеуказанный шаг повторяется много раз.

Таким образом, сплит-кондиционер охлаждает воздух и помогает бороться с последствиями ярких солнечных лучей.Сплит-кондиционер не только снижает температуру в вашей комнате, но также отвечает за поддержание уровня влажности в ней.

Чем сплит-кондиционер отличается от оконного кондиционера?

Кондиционер Split отличается от других типов кондиционеров только раздельными внутренним и внешним отсеками. Рабочий механизм пока такой же. В сплит-системе во внешней части присутствуют следующие компоненты:

А внутренняя часть кондиционера состоит из змеевиков испарителя и воздуходувки.

Сплит-кондиционер — бонусный подарок для жарких регионов, где ртуть вот-вот выйдет из термометра. Он приносит следующие ценности:

1. Компрессор имеет большую площадь. Таким образом, он может конденсировать максимальное количество хладагента.

2. Эти компрессоры, используемые в сплит-кондиционерах, обладают высокой энергоэффективностью, так как оснащены инверторной системой.

3. Холодопроизводительность, предлагаемая в сплит-кондиционерах, выше, например, на 2 тонны, 2,5 тонны, 3 тонны, чем у оконного кондиционера

.

4.Split AC всегда имеет множество функций, таких как Wi-Fi, Hot & Cold, Auto Clean, Anti Dust Filter, Anti Bacterial и другие функции, кроме оконного ac.

5. Сплит-кондиционер позволяет разместить компрессорный агрегат и другие внешние части на крыше, чтобы не беспокоиться о тесноте помещения.

Как работает система кондиционирования воздуха?

Если вы живете в жарком климате, нет ничего лучше, чем сохранять прохладу с помощью системы кондиционирования воздуха.Но как именно они работают?

Здесь мы пытаемся ответить на этот самый вопрос и исследовать, какие типы систем переменного тока существуют. Поскольку отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха (HVAC) — это очень сложная инженерная область, мы должны отметить, что это не является исчерпывающим руководством и должно рассматриваться как краткий обзор.

СВЯЗАННЫЙ: КАК ЛЮДИ СОХРАНЯЮТ ОХЛАЖДЕНИЕ ПЕРЕД КОНДИЦИОНЕРАМИ ВОЗДУХА

Как работает кондиционер?

Короче говоря, они работают как обычный кухонный холодильник.В системах кондиционирования и холодильниках используется одна и та же технология — цикл охлаждения.

В системах, использующих преимущества этого цикла, используются специальные химические вещества, называемые хладагентами (в некоторых системах вода), для поглощения и / или выделения энергии для нагрева или охлаждения воздуха. Когда эти химические вещества сжимаются компрессором блока AC, хладагент меняет состояние с газа на жидкость и выделяет тепло в конденсаторе .

При охлаждении помещения этот процесс происходит за пределами рассматриваемого пространства.Этот холодный воздух под высоким давлением перекачивается во внутренний блок и снова превращается в газ с помощью расширительного клапана системы .

Это, как следует из названия, вызывает расширение жидкого хладагента обратно в газовую форму. По мере того, как хладагент расширяется, он «втягивает» тепло и вызывает охлаждение воздуха в рассматриваемом пространстве в испарителе системы кондиционирования воздуха .

Этот теперь расширенный и «горячий» газ далее транспортируется в компрессор системы, и цикл начинается заново.

Чтобы визуализировать это, представьте губку как хладагент, а воду как «тепло». Когда вы сжимаете промокшую губку (компрессор и конденсатор), вода выталкивается наружу и выделяется тепло в нашей аналогии. Когда вы отпускаете губку (расширительный клапан и испаритель), она расширяется и, по нашей аналогии, может поглотить больше воды или тепла.

В основе этого цикла лежат научные принципы термодинамики, закон Бойля, закон Шарля и законы Ги-Люссака.

В первую очередь факт, что «жидкость, расширяясь в газ, извлекает или забирает тепло из окружающей среды.»- Goodman Air Conditioning and Heating.

В этом смысле кондиционер и холодильники работают,» перемещая «или» перекачивая «энергию из одного места в другое. В большинстве случаев блоки переменного тока будут передавать» тепло «из вашей комнаты, офис или дом, и выбросить его в воздух за пределами вашего дома или офиса.

Источник: Pixabay

Этот цикл является обратимым и может использоваться также для обогрева вашей комнаты или всего вашего дома в холодные месяцы, но эта функция обычно зарезервировано для систем под названием тепловые насосы .

Основное различие между холодильником и блоком переменного тока состоит в том, что блок имеет тенденцию разделяться на две отдельные части; внешний конденсатор (или чиллер) и внутренний блок.

Холодильники, с другой стороны, представляют собой один автономный блок (хотя некоторые блоки переменного тока также могут быть).

Любое тепло, удаляемое из его внутренней части, сбрасывается в ту же комнату в задней части устройства. Это основная причина, по которой вы никогда не сможете использовать холодильник в качестве самостоятельного блока переменного тока; если, конечно, вы не проделаете дыру в стене позади него.

Вы можете проверить это, прикоснувшись (будьте осторожны, он может сильно нагреться) задней части холодильника во время его работы. Он должен быть теплым или горячим на ощупь.

Какие существуют типы систем кондиционирования воздуха?

Блоки переменного тока сегодня бывают разных форм и размеров, от массивных систем воздуховодов в офисах и промышленных зданиях до небольших домашних систем переменного тока, с которыми вы, вероятно, более знакомы.

Некоторые из более крупных установок имеют очень большие внешние холодильные агрегаты, которые могут иметь водяное или воздушное охлаждение или, в более старых системах, градирни.Они соединены изолированными трубами для перекачивания хладагента для кондиционирования воздуха внутри большого или набора больших агрегатов, называемых установками кондиционирования воздуха (AHU).

Эти системы могут быть очень сложными с нагревательными элементами, увлажнителями и фильтрами для очень точного контроля температуры и качества воздуха в помещениях в здании, которые они обслуживают. Они также, как правило, поставляются со сложными системами рекуперации тепла для уменьшения количества электричества (или газа), необходимого для нагрева / охлаждения воздуха в системе.

Они бывают двух основных форм; Постоянный объем воздуха (CAV) и переменный объем воздуха (VAV) , который определяет степень, в которой контролируется воздушный поток вокруг воздуховодов системы.

Им также можно управлять с помощью очень сложных систем программного обеспечения, датчиков и исполнительных механизмов, называемых системами управления зданием (BMS).

Эти большие системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха «всасывают» свежий наружный воздух и при необходимости нагревают / охлаждают его перед транспортировкой по воздуховодам в требуемые области.Эти системы также могут иметь терминалы повторного нагрева или фанкойлы для дальнейшего улучшения темперирования подаваемого воздуха в зону.

Более современные установки отказываются от централизованных AHU в пользу систем фанкойлов или «внутренних блоков», которые напрямую связаны с одним или несколькими «наружными» блоками переменного тока. Их называют системами с регулируемым потоком охлаждения (VRF), которые регулируют воздух непосредственно в месте использования.

Но большинство людей привыкло к тепловым насосам с раздельным или многократным распределением воздуха (ASHP) или агрегатам кондиционирования воздуха для охлаждения отдельных помещений.Они гораздо больше похожи на холодильники и чаще всего устанавливаются в жилых помещениях.

Но следует также отметить, что существуют различные другие системы, использующие тот же принцип, например, геотермальные тепловые насосы (GSHP). Они используют землю в качестве «свалки» или источника тепла вместо воздуха или источника тепла. И ASHP, и GSHP могут также подключаться к обычным радиаторным системам или системам теплого пола вместо обычного газового котла с некоторыми изменениями.

Как работает кондиционер в автомобилях?

Проще говоря, кондиционер в автомобиле работает точно так же, как и любой другой блок переменного тока.С той лишь разницей, что они должны быть достаточно компактными, чтобы поместиться в автомобиле.

Чиллерная часть системы (с расширительным клапаном и испарителем) обычно устанавливается за приборной панелью автомобиля. Другой рабочий конец системы (компрессор и конденсатор), как правило, располагается рядом с решеткой радиатора автомобиля — сюда во время движения вдувается свежий воздух).

Обе части соединены цепью труб, по которым хладагент проходит между агрегатами во время работы.В отличие от более крупных агрегатов, используемых в зданиях, сам агрегат в автомобилях, как правило, приводится в действие коленчатым валом автомобиля, другими словами, он приводится в действие двигателем.

Эти системы обычно также поставляются с обогревателем и осушителями для кондиционирования воздуха по мере необходимости. Как и в случае создания систем переменного тока, автомобильный блок переменного тока преобразует хладагент между газом и жидкостью, высоким и низким давлением, а также высокой и низкой температурой по мере необходимости.

Дешевле оставить кондиционер на весь день?

Проще говоря, нет.Причина этого в том, что, оставив систему переменного тока на весь день, вы получите:

1. Бесполезно расходовать энергию, если вас нет дома или комнаты / зоны не используются.

2. Работа системы приводит к ее износу. Это сокращает срок его службы.

Вы также должны убедиться, что окна закрыты или установлена ​​защита от сквозняков, когда кондиционер работает. В конце концов, вы же не хотите «кондиционировать» мир.

Вам также следует убедиться, что вы используете затеняющие устройства (например, навес или стратегически посаженные деревья) снаружи, чтобы уменьшить «солнечное излучение» или пассивное отопление вашего дома от солнечного света.

Другие меры включают улучшение теплоизоляции вашего дома, поддержание в хорошем состоянии систем кондиционирования (особенно фильтров) и использование потолочных вентиляторов для улучшения внутреннего перемешивания воздуха (т. Е. Предотвращения расслоения горячего воздуха около потолка или наоборот).

Если вас действительно беспокоят счета за электроэнергию, связанные с вашими системами переменного тока, вы можете сделать свою систему переменного тока «умнее». Используя бытовую BMS, интеллектуальные датчики (термостаты и погодную компенсацию), зональный контроль и другие энергоэффективные меры, вы можете значительно повысить эффективность и снизить стоимость ваших систем переменного тока.

Вам также следует использовать решения для «бесплатного» охлаждения и обогрева, подумав об использовании природы, чтобы помочь вам. Правильное использование естественной вентиляции для охлаждения или обогрева вашего дома резко сократит затраты на использование энергии, связанной с отоплением / охлаждением, путем ее отключения.

Но это возможно только в том случае, если качество воздуха за пределами вашего дома позволяет это. Например, проживание в большом городе с «грязным воздухом» может ограничить вашу способность использовать эту бесплатную форму отопления и охлаждения.

Как работает кондиционер с обратным циклом?

Системы кондиционирования воздуха с обратным циклом, или тепловые насосы, как их чаще называют, работают так же, как и любые другие блоки переменного тока. Исключение составляет то, что они специально разработаны, чтобы иметь возможность по желанию полностью изменить цикл.

Как и другие системы переменного тока, они также могут фильтровать и осушать воздух по мере необходимости.

Как работает кондиционер? Система кондиционирования работает

Как работает кондиционер ? Любая идея? Мы узнали, как происходит охлаждение.Но здесь мы узнаем, как охлаждается воздух и как происходит теплопередача в машинах кондиционирования воздуха?

В нашей комнате стало комфортно благодаря кондиционерам, хотя на улице очень жарко. Мы увидим, как работает кондиционер, в этой главе с подробным описанием функций частей кондиционеров .

Как работает кондиционер?

На этом занятии мы узнаем , как работает кондиционер . Что мы будем делать, если нам некомфортно из-за высокой температуры окружающей среды? Мы просто включили пульт для кондиционирования воздуха и получили холодный воздух.Вы думали об этом? Почему происходит охлаждение?

Давайте попробуем понять процесс охлаждения с помощью простого объяснения.

Если вы примете небольшое количество лечебного спирта, вы увидите, что ваша ладонь остынет. Как охлаждается,

  • Спирт испаряется при нормальном давлении и температуре.
  • Для этого испарения дух берет тепло от ладони.
  • Пальма теряет тепло и становится холодной.
Как работает кондиционер

Прежде чем перейти к собственному процессу работы кондиционера, мы должны знать несколько основных деталей.Давайте сначала познакомимся с основами!

Ознакомьтесь с нашим «MechStudies — Learning App» в iOS и Android

Основы работы кондиционеров

Все кондиционеры работают на основе холодильного цикла . Мы уже изучили цикл сжатия пара или циклы поглощения пара. В этом уроке мы рассмотрим парокомпрессионную систему, которая широко применяется в различных отраслях промышленности.

Хладагент циркулирует через испаритель , компрессор, конденсатор, расширительный клапан и продолжает этот цикл.

Основы холодильного цикла

Детали кондиционеров или системы переменного тока

Теперь мы посмотрим, как работает простой кондиционер в нашем доме, чтобы получить практическое представление. Давайте попробуем разобраться в различных частях кондиционеров и в функциях каждой части.

В кондиционерах четыре (4) основных компонента:

  • Испаритель
  • Компрессор
  • Конденсатор
  • Расширительный клапан

Все остальные части кондиционеров, помимо основных компонентов, включают

  • Вентилятор испарителя
  • Вентилятор конденсатора
  • Фильтры
  • Хладагент
  • Электродвигатели
  • Элементы управления
  • Трубки хладагента
  • Сливные трубы
  • Электрические кабели
  • Кабели управления

Описание деталей кондиционера

Испаритель

Испаритель — это охлаждающая жидкость змеевик и действует как теплообменник в системе переменного тока.Основные функции:

  • К собирать или поглощать тепло из области, которую необходимо охладить.
  • Испаритель изменяет или преобразует хладагент из жидкости в пар.
  • В испарителе температура хладагента должна быть постоянно намного меньше , чем температура окружающей среды, чтобы обеспечить непрерывный поток тепла к хладагенту.

Размещается во внутреннем блоке.Внутренний блок находится внутри помещения, которое необходимо кондиционировать. Эта катушка имеет ребра для увеличения площади поверхности. Окружающий воздух теряет тепло и становится прохладным.

Основные сведения об испарителе

Этот холодный воздух затем будет направлен вентилятором в кондиционируемое пространство. Этот нагнетатель или вентилятор известен как вентилятор испарителя. Не путайте нагнетатель и вентилятор, мы узнаем разницу между нагнетателем и вентилятором позже.

Основные сведения о вентиляторах испарителя

Вентилятор испарителя

Схема распределения воздуха будет выглядеть следующим образом:

Компрессор

Компрессор является наиболее важной частью и называется сердцем системы кондиционирования воздуха.Основные функции компрессора:

,
    ,
  • , непрерывный отбор паров хладагента из испарителя
  • Поддержание низкого давления и температуры внутри испарителя. Мы знаем, что жидкость под высоким давлением и при высокой температуре всегда течет в сторону низкого давления и низкой температуры соответственно.
  • В компрессоре давление и температура паров хладагента будут увеличиваться, а разница давления и температуры между испарителем и компрессором всегда будет поддерживаться соответственно.

Из-за разницы давления и температуры фазовые переходы с жидкого хладагента на парообразный хладагент будут происходить быстрее.

Compressor-basics

Затем компрессор повышает давление хладагента, до которого он может быть сконденсирован, отводя тепло одному теплообменнику, то есть конденсатору.

Конденсатор

Конденсатор — это просто теплообменник , в котором газы превращаются в жидкость. Хладагент претерпевает фазовый переход в конденсаторе.

  • Пар хладагента, выпущенный из компрессора, находится в состоянии перегрева .
  • Во-первых, конденсатор снижает теплосодержание пара хладагента и делает его насыщенным паром .
  • Дальнейшее снижение теплосодержания пара, переход фазы в жидкость.
  • Для ускорения теплопередачи площадь поверхности конденсатора увеличена за счет ребер.
  • Во время этого фазового перехода в конденсаторе создается небольшой вакуум, поэтому конденсация будет быстрее.
  • Это тепло отводится в атмосферу с помощью вентиляторов конденсатора.
Основные сведения о конденсаторе

Расширительный клапан

Расширительный клапан расположен между конденсатором и испарителем. Основная функция должна быть следующей:

  • Поддержание постоянного давления и температуры
  • К управление потоком хладагента из конденсатора в испаритель
  • Для понижения жидкостного трубопровода высокого давления до низкого давления в испаритель
Основы расширительного клапана

Воздуходувка

Воздуходувка используется в кондиционерах для циркуляции воздуха.Воздуходувка продолжает пропускать воздух, как и мы, поскольку он также всасывает горячий воздух и поддерживает надлежащую циркуляцию воздуха.

Сплит-вентилятор кондиционера

Вентиляторы конденсатора

Конденсатор отводит тепло от змеевиков конденсатора. Теперь вентиляторы конденсатора необходимы для увеличения скорости охлаждения и повышения мощности системы.

Вентиляторы конденсатора

Фильтры

Из-за наличия частиц пыли или других загрязнителей очень важно фильтровать воздух перед тем, как дышать или использовать.

Помните, что очистка фильтра необходима для повышения эффективности, а также качества воздуха в помещении.

В системе кондиционирования воздуха используются различные фильтры для фильтрации воздуха. Фильтры могут быть

  • Панельные фильтры
  • Фильтры предварительной очистки
  • Фильтры с активированным углем
  • Фильтры тонкой очистки

Хладагенты

Хладагент является основной рабочей жидкостью в системе кондиционирования воздуха. Он очень быстро меняет свою фазу. Обычно широко используются следующие хладагенты:

Хладагент выбирается таким образом, чтобы он не влиял на окружающую среду, например, меньший потенциал разрушения озонового слоя и меньший потенциал глобального потепления.

Электродвигатели

Требуются электродвигатели для вентиляторов испарителя, вентиляторов конденсатора, компрессоров.

Органы управления

Мониторинг и регулирование температуры воздуха в системе кондиционирования воздуха необходимы, и это осуществляется с помощью термостата.

Термостат определяет температуру кондиционируемого помещения и включает или выключает вентилятор в зависимости от требований к охлаждению.

  • Если заданная температура термостата выше, нагрузки будут меньше
  • Нагрузки переменного тока будут больше при более низкой температуре термостата.

Трубы и кабели

Трубопроводы, кабели и т. Д. Необходимы для завершения системы кондиционирования воздуха.

  • Для подключения к основному источнику питания требуются электрические кабели. Кроме того, внутренние и внешние блоки также подключаются с помощью электрических кабелей.
  • Трубопровод хладагента вместе с фитингами, изоляцией и т. Д. Проходит между внутренним и наружным блоками.
  • Трубка для отвода конденсата от внутренних блоков предназначена для отвода воды.

Вы можете изучить видео AHU с помощью Site Tour

Принцип работы Как работает кондиционер

Как вы описываете систему кондиционирования воздуха?

Шаг № 1: Тепло, поглощаемое испарителем.

При нормальном давлении и температуре хладагент начинает испаряться в змеевике испарителя, а скрытая теплота испарения забирает прилегающую поверхность или прилегающие области или окружающий воздух.

Воздух охлаждается за счет выделения тепла, а хладагент нагревается за счет выделения тепла.

Основы работы кондиционера
Шаг № 2: Компрессор увеличивает давление и температуру

Когда компрессор начинает вращаться, возникает отрицательное давление, и пары хладагента поступают в компрессор. Когда пар хладагента входит, компрессор сжимает газ, его давление и температура повышаются.

Шаг № 3: Отвод тепла в конденсаторе

Пар хладагента под высоким давлением и высокой температурой затем проходит через конденсатор. Здесь пар хладагента превращается в жидкость и отдает тепло в атмосферу.

Шаг № 4: Регулирование потока

После отвода тепла хладагент попадает в расширительный клапан. Этот расширительный клапан дросселирует, регулирует поток и отправляет хладагент в испаритель.

Этот процесс продолжается, и, таким образом, кондиционер работает.

Принцип работы Схема системы переменного тока

Это очень простой процесс, который объясняется очень просто с соответствующими изображениями для лучшего понимания шаг за шагом.

Хладагент прокачивается по трубке в контуре, чтобы запустить процесс охлаждения.

Первый этап процесса охлаждения

Этот хладагент холодный и начинает менять свою фазу в нормальных условиях.

Процесс охлаждения, второй этап

В испарителе хладагент забирает тепло от окружающего воздуха и начинает испаряться при нормальном давлении и температуре, а также меняет свою фазу с жидкой на пар.

Третий этап процесса охлаждения

Компрессор создает низкое давление на входе и поддерживает постоянный поток в контуре, сжимает пар хладагента, а также увеличивает его давление и температуру.

После компрессора пар хладагента движется к змеевику конденсатора и отдает тепло в атмосферу.

Пар поступает в компрессор, который нагнетает его под давлением, и перемещает его через змеевик конденсатора, где он выделяет тепло, которое выводится наружу.

Затем хладагент проходит через расширительный клапан, который переводит его в режим низкого давления и поддерживает требуемый поток в контуре.

Этот цикл работает непрерывно во всех кондиционерах

Воздуходувка обеспечивает циркуляцию воздуха через змеевик, и воздух охлаждается.Холодный воздух нагревается в комнате, поднимается вверх, всасывается вентилятором, снова проходит через змеевик испарителя, охлаждается и повторяет процесс.

Понимание того, как работает кондиционер с помощью анимации

Мы объяснили , как работает кондиционер , шаг за шагом. Теперь тот же принцип работы можно описать простой анимацией, чтобы визуально понять процесс.

Learn Engineering создал очень красивое представление How Air Conditioner Works.Проверить это!

Пояснения к кондиционерам для рабочего процесса переменного тока

Существуют различные типы кондиционеров, от простой системы до сложной системы кондиционирования воздуха. Все они используются в соответствии с отраслевыми требованиями, например,

  • Сплит-кондиционеры
  • Комплектные кондиционеры
  • Система с охлажденной водой и многие другие.

Для получения базовых знаний очень кратко объясняется основная процедура работы.Начнем с сплит-кондиционеров!

Сплит-кондиционеры

Сплит-кондиционер состоит из двух блоков: внутреннего и наружного. Обычно он используется в жилых помещениях и в небольших промышленных помещениях.

Внутренний блок

Внутренний блок расположен внутри помещения, которое необходимо кондиционировать, и состоит из фильтров, охлаждающих змеевиков i. е., испаритель, расширительный клапан и нагнетатель. Хладагент испаряется и поглощает тепло из воздуха в помещении.Воздух в помещении становится холодным из-за потери тепла и циркулирует с помощью вентилятора в помещении.

После поглощения тепла хладагент направляется в наружный блок для выделения тепла в атмосферу. Внутренний воздух будет рециркулировать и снова будет проходить через испаритель, поддерживая постоянное охлаждение внутри помещения.

Раздельные внутренние блоки с кондиционером
Наружный блок

Наружный блок расположен вне помещения для отвода тепла. Он состоит из компрессора, змеевика конденсатора, , и вентиляторов конденсатора.Тепло, поглощаемое хладагентом от внутреннего блока (змеевика испарителя), достигает компрессора в наружном блоке

Компрессор, сердце системы кондиционирования воздуха, обеспечивает циркуляцию хладагента по всей системе. Сжатие хладагента происходит в компрессоре и давление, температура хладагента повышается. Затем хладагент под высоким давлением и температурой перемещается в змеевик конденсатора, то есть в конденсатор.

Когда хладагент проходит через змеевик конденсатора, вентиляторы конденсатора подают окружающий воздух через змеевик конденсатора и охлаждают хладагент, и он снова возвращается в змеевик испарителя через расширительный клапан.

В этом процессе тепло из внутренней области будет отведено в атмосферу.

Наружные блоки сплит-кондиционера

Обычно сплит-кондиционеры доступны в следующих вариантах:

  • 1 TR (тонна или тоннаж охлаждения)
  • 1,5 TR
  • 2,0 TR
  • 2,5 TR

Этот тип сплит-кондиционеров известен как Hi-Wall Split Air Conditioners , так как он настенный установлен. Однако в настоящее время на рынке существует множество других типов сплит-кондиционеров различной мощности, например,

  • Напольные сплит-кондиционеры
  • Потолочные кондиционеры
  • Тип переменного потока хладагента
  • Канальные сплит-кондиционеры и много других.

Комплектные кондиционеры

Само название «упакованные кондиционеры» подразумевает комплект, в котором внутренний и наружный блоки расположены только в одном блоке. В каждом агрегатном кондиционере одна сторона состоит из вентилятора испарителя, змеевиков испарителя, а другая сторона состоит из компрессоров, змеевиков конденсатора, вентиляторов конденсатора, и т.д. широко используются.

  • Используется в средних установках, где сплит-кондиционеры невозможны.
  • Производительность зависит от производителя. Обычно его можно купить от 10 т.р. до 30 т.р.
  • Поскольку упакованные блоки содержат конденсаторные блоки, они всегда должны находиться снаружи.
  • Необходимо обеспечить соединение между агрегатами в упаковке и охлаждаемой зоной.

Обратитесь к простому изображению комплектных кондиционеров, чтобы получить общее представление.

Компактные кондиционеры ac

Система охлажденной воды

В случае крупномасштабных применений, таких как промышленные или коммерческие, используется система охлажденной воды.В основном, высокие требования к производительности или меняющиеся требования — система охлажденной воды — лучший выбор. В системе с охлажденной водой основной цикл охлаждения такой же, как у сплит-кондиционеров или комплектных кондиционеров.

Однако есть чиллер, который представляет собой не что иное, как испаритель, а также компрессор и конденсатор в сборе. Благодаря большой мощности конструкция чиллера отличается от других кондиционеров.

Чиллер

Основы системы охлажденной воды:

  • Отдельный водяной контур используется для получения охлаждающего эффекта от испарителя.
  • Испаритель передает тепла между хладагентом и водой вместо хладагента и воздуха.
  • Далее хладагент проходит через компрессор и охлаждается в конденсаторах.
  • Конденсатор охлаждается воздушными или пластинчатыми теплообменниками или градирнями в зависимости от мощности, а также проектных требований.
  • Циркуляция воды конденсатора — водяными насосами конденсатора.
  • Чиллер производит охлажденной воды, обычно при 7 град. C и вернуться на 12 град.C в охладителе после приема тепла из кондиционируемого помещения.
  • Приточно-вытяжные установки (AHU) , которые обрабатывают или циркулируют воздух, должны быть размещены в кондиционируемом помещении.
  • Каждый AHU состоит из охлаждающих змеевиков, вентилятора, фильтров и т. Д., И вода циркулирует от чиллера к охлаждающему змеевику AHU.
  • Охлаждающий змеевик в AHU улавливает тепло от воздуха, воздух охлаждается, а вода нагревается, получая тепло от воздуха.
  • Горячая вода около 12 град.C вернулся обратно в чиллеры и охладился в чиллерах.
  • Циркуляция воды из чиллеров в AHU с помощью насосов охлажденной воды .
  • Эта циркуляция регулируется системами управления, различными клапанами и т. Д.

Простая система охлажденной воды показана на схеме для понимания.

Системы с охлажденной водой

Заключение

Итак, мы узнали, как работают разные кондиционеры, а также на нескольких практических примерах. Если есть сомнения, напишите нам! В любом случае, попробуйте решить викторины, чтобы проверить суть обучения! Ваше здоровье!

Наша викторина

Ознакомьтесь с нашей 100% решенной викториной

Наши приложения

Ознакомьтесь с нашим «MechStudies — Learning App» в iOS и Android

Обратитесь к нашим наиболее интересным статьям,

Что такое HVAC

Основы расширительного клапана

Whar are chillers

Что такое термодинамика

Intensitve & Extensive Properties

What is Pressure

Теорема Бернулли

Базовый клапан

Сифон

Справочные статьи
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *