एसी और डीसी जनरेटर कैसे काम करते हैं?

इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में "पीढ़ी" शब्द लैटिन भाषा से आया है। इसका अर्थ है "जन्म"। ऊर्जा के संबंध में, हम कह सकते हैं कि जनरेटर तकनीकी उपकरण हैं जो बिजली उत्पन्न करते हैं।

इस मामले में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि विभिन्न प्रकार की ऊर्जा को परिवर्तित करके विद्युत प्रवाह उत्पन्न किया जा सकता है, उदाहरण के लिए:

• रासायनिक;

• रोशनी;

• थर्मल और अन्य।

ऐतिहासिक रूप से, जनरेटर ऐसी संरचनाएं हैं जो रोटेशन की गतिज ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करती हैं।

उत्पन्न बिजली के प्रकार के अनुसार, जनरेटर हैं:

1. दिष्ट धारा;

2. परिवर्तनशील।

सबसे सरल जनरेटर के संचालन का सिद्धांत

यांत्रिक ऊर्जा को परिवर्तित करके बिजली पैदा करने के लिए आधुनिक विद्युत प्रतिष्ठानों को बनाने के लिए संभव बनाने वाले भौतिक कानूनों की खोज वैज्ञानिक ओर्स्टेड और फैराडे ने की थी।

कोई जनरेटर डिजाइन लागू होता है विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का सिद्धांतजब एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र के साथ इसके प्रतिच्छेदन के कारण एक बंद फ्रेम में विद्युत प्रवाह का प्रेरण होता है स्थायी मैग्नेट बढ़ी हुई शक्ति के साथ औद्योगिक उत्पादों पर घरेलू उपयोग या उत्तेजना कॉइल के लिए सरलीकृत मॉडल में।

जब आप बेज़ल घुमाते हैं, तो चुंबकीय प्रवाह का परिमाण बदल जाता है।

लूप में प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल एक बंद लूप एस में लूप को भेदने वाले चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन की दर पर निर्भर करता है और इसके मूल्य के सीधे आनुपातिक होता है। रोटर जितनी तेजी से घूमता है, उतना ही अधिक वोल्टेज उत्पन्न होता है।

एक बंद लूप बनाने और उसमें से विद्युत प्रवाह को मोड़ने के लिए, एक संग्राहक और एक ब्रश बनाना आवश्यक था जो घूर्णन फ्रेम और सर्किट के स्थिर भाग के बीच निरंतर संपर्क प्रदान करता है।

संग्राहक प्लेटों के खिलाफ दबाए गए स्प्रिंग-लोडेड ब्रश के निर्माण के कारण, विद्युत प्रवाह आउटपुट टर्मिनलों में प्रेषित होता है और उनसे उपभोक्ता के नेटवर्क में जाता है।

सबसे सरल डीसी जनरेटर के संचालन का सिद्धांत

जैसे ही फ्रेम धुरी के चारों ओर घूमता है, इसके बाएँ और दाएँ आधे भाग चुम्बकों के दक्षिण या उत्तर ध्रुवों के चारों ओर घूमते हैं। हर बार उनमें विपरीत दिशा में धाराओं की दिशा में परिवर्तन होता है, जिससे प्रत्येक ध्रुव पर वे एक दिशा में प्रवाहित होती हैं।

आउटपुट सर्किट में डायरेक्ट करंट बनाने के लिए, कॉइल के प्रत्येक आधे हिस्से के लिए कलेक्टर नोड पर एक हाफ-रिंग बनाई जाती है। रिंग से सटे ब्रश केवल उनके संकेत की क्षमता को हटाते हैं: सकारात्मक या नकारात्मक।

चूँकि घूमने वाले फ्रेम का सेमी-रिंग खुला होता है, इसमें ऐसे क्षण बनते हैं जब करंट अपने अधिकतम मूल्य तक पहुँच जाता है या अनुपस्थित होता है। न केवल दिशा बनाए रखने के लिए, बल्कि उत्पन्न वोल्टेज का एक निरंतर मूल्य भी, विशेष रूप से तैयार तकनीक के अनुसार फ्रेम बनाया जाता है:

• यह एक कॉइल का उपयोग नहीं करता है, लेकिन कई - नियोजित वोल्टेज के परिमाण के आधार पर;

• फ़्रेम की संख्या एक प्रति तक सीमित नहीं है: वे एक ही स्तर पर वोल्टेज ड्रॉप को इष्टतम रूप से बनाए रखने के लिए पर्याप्त संख्या बनाने का प्रयास करते हैं।

डीसी जनरेटर में, रोटर वाइंडिंग स्लॉट्स में स्थित होते हैं चुंबकीय सर्किट… यह प्रेरित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के नुकसान को कम करने की अनुमति देता है।

डीसी जनरेटर की डिजाइन सुविधाएँ

डिवाइस के मुख्य तत्व हैं:

• बाहरी शक्ति फ्रेम;

• चुंबकीय ध्रुव;

• स्टेटर;

• घूर्णन रोटर;

• ब्रश के साथ स्विच ब्लॉक।

समग्र संरचना को यांत्रिक शक्ति देने के लिए स्टील मिश्र धातु या कच्चा लोहा से बना फ्रेम। आवास का एक अतिरिक्त कार्य ध्रुवों के बीच चुंबकीय प्रवाह को स्थानांतरित करना है।

पिंस या बोल्ट के साथ शरीर से जुड़े चुम्बकों के खंभे। उन पर एक कुंडल चढ़ाया जाता है।

एक स्टेटर, जिसे योक या कंकाल भी कहा जाता है, फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों से बना होता है। उत्तेजना का तार उस पर रखा गया है। स्टेटर कोर चुंबकीय ध्रुवों से सुसज्जित है जो इसके चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करता है।

रोटर का एक पर्याय है: एंकर। इसके चुंबकीय कोर में टुकड़े टुकड़े वाली प्लेटें होती हैं जो एड़ी धाराओं के गठन को कम करती हैं और दक्षता में वृद्धि करती हैं। कोर चैनलों में रोटर और / या स्व-उत्तेजना वाइंडिंग्स रखी गई हैं।

ब्रश के साथ एक स्विचिंग नोड, इसमें ध्रुवों की एक अलग संख्या हो सकती है, लेकिन हमेशा दो का एक गुणक होता है। ब्रश सामग्री आमतौर पर ग्रेफाइट होती है। संग्राहक प्लेटें तांबे से बनी होती हैं, जो वर्तमान चालन के विद्युत गुणों के लिए सबसे उपयुक्त धातु है।

एक स्विच के उपयोग के लिए धन्यवाद, डीसी जनरेटर के आउटपुट टर्मिनलों पर एक स्पंदन संकेत उत्पन्न होता है।

डीसी जनरेटर के मुख्य प्रकार के निर्माण

उत्तेजना कॉइल की बिजली आपूर्ति के प्रकार के अनुसार, उपकरणों को प्रतिष्ठित किया जाता है:

1. आत्म-उत्तेजना के साथ;

2. स्वतंत्र समावेशन के आधार पर कार्य करना।

पहले उत्पाद कर सकते हैं:

• स्थायी चुम्बकों का उपयोग करें;

• या बाहरी स्रोतों से संचालित होता है, जैसे बैटरी, पवन टर्बाइन...

स्वतंत्र रूप से स्विच किए गए जनरेटर अपनी स्वयं की वाइंडिंग से संचालित होते हैं, जिन्हें जोड़ा जा सकता है:

• क्रमिक रूप से;

• शंट या समानांतर उत्तेजना।

इस तरह के कनेक्शन के विकल्पों में से एक आरेख में दिखाया गया है।

डीसी जनरेटर का एक उदाहरण एक ऐसा डिज़ाइन है जिसे अतीत में ऑटोमोटिव इंजीनियरिंग में अक्सर इस्तेमाल किया जाता था। इसकी संरचना प्रेरण मोटर के समान है।

ऐसी कलेक्टर संरचनाएं एक साथ इंजन या जनरेटर मोड में काम कर सकती हैं। इस वजह से वे मौजूदा हाइब्रिड वाहनों में व्यापक हो गए हैं।

लंगर गठन की प्रक्रिया

यह निष्क्रिय मोड में होता है जब ब्रश का दबाव गलत तरीके से समायोजित किया जाता है, जिससे उप-इष्टतम घर्षण मोड बनता है। इससे चुंबकीय क्षेत्र में कमी हो सकती है या चिंगारी बढ़ने के कारण आग लग सकती है।

कम करने के तरीके हैं:

• अतिरिक्त ध्रुवों को जोड़कर चुंबकीय क्षेत्र का मुआवजा;

• कलेक्टर ब्रश की स्थिति की ऑफसेट का समायोजन।

डीसी जनरेटर के लाभ

वे सम्मिलित करते हैं:

• हिस्टैरिसीस और एड़ी वर्तमान गठन के कारण नुकसान के बिना;

• विषम परिस्थितियों में काम करना;

• कम वजन और छोटे आयाम।

सबसे सरल अल्टरनेटर के संचालन का सिद्धांत

इस डिज़ाइन के अंदर, पिछले एनालॉग के समान विवरण का उपयोग किया गया है:

• चुंबकीय क्षेत्र;

• घूर्णन फ्रेम;

• कलेक्टर ब्लॉक वर्तमान नाली ब्रश के साथ।

मुख्य अंतर कलेक्टर असेंबली के डिज़ाइन में निहित है, जिसे इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि जब फ्रेम ब्रश के माध्यम से घूमता है, तो चक्रीय रूप से उनकी स्थिति को बदले बिना फ्रेम के आधे हिस्से के साथ लगातार संपर्क किया जाता है।

इसलिए, वर्तमान, जो प्रत्येक आधे में हार्मोनिक्स के नियमों के अनुसार बदलता है, को ब्रश में पूरी तरह से अपरिवर्तित स्थानांतरित किया जाता है, और फिर उनके माध्यम से उपभोक्ता सर्किट में स्थानांतरित किया जाता है।

स्वाभाविक रूप से, फ्रेम एक मोड़ से नहीं, बल्कि इष्टतम तनाव प्राप्त करने के लिए उनमें से एक परिकलित संख्या द्वारा बनाया गया है।

इस प्रकार, डीसी और एसी जनरेटर के संचालन का सिद्धांत सामान्य है, और डिजाइन के अंतर के उत्पादन में हैं:

• घूर्णन रोटर कलेक्टर विधानसभा;

• रोटर वाइंडिंग कॉन्फ़िगरेशन।

औद्योगिक अल्टरनेटर की डिज़ाइन सुविधाएँ

एक औद्योगिक प्रेरण जनरेटर के मुख्य भागों पर विचार करें जिसमें रोटर पास के टरबाइन से घूर्णी गति प्राप्त करता है। स्टेटर निर्माण में एक इलेक्ट्रोमैग्नेट (हालांकि स्थायी मैग्नेट के एक सेट द्वारा चुंबकीय क्षेत्र बनाया जा सकता है) और एक निश्चित संख्या में घुमावों के साथ एक रोटर वाइंडिंग शामिल है।

प्रत्येक लूप में एक इलेक्ट्रोमोटिव बल प्रेरित होता है, जो उनमें से प्रत्येक में क्रमिक रूप से जोड़ा जाता है और आउटपुट टर्मिनलों पर कनेक्टेड उपभोक्ताओं के आपूर्ति सर्किट को आपूर्ति किए गए वोल्टेज का कुल मूल्य बनाता है।

जेनरेटर के आउटपुट पर ईएमएफ के आयाम को बढ़ाने के लिए, चुंबकीय प्रणाली का एक विशेष डिजाइन उपयोग किया जाता है, जो चैनलों के साथ टुकड़े टुकड़े वाली प्लेटों के रूप में विद्युत स्टील के विशेष ग्रेड के उपयोग के कारण दो चुंबकीय सर्किट से बना होता है। उनके अंदर कॉइल लगाए जाते हैं।

जेनरेटर आवास में, चुंबकीय क्षेत्र बनाने वाले कॉइल को समायोजित करने के लिए चैनलों के साथ एक स्टेटर कोर होता है।

बियरिंग्स पर घूमने वाले रोटर में एक स्लॉटेड मैग्नेटिक सर्किट भी होता है जिसके अंदर एक कॉइल लगा होता है जो एक प्रेरित ईएमएफ प्राप्त करता है। आम तौर पर, क्षैतिज दिशा रोटेशन की धुरी के लिए चुनी जाती है, हालांकि जेनरेटर एक लंबवत व्यवस्था और बीयरिंग के संबंधित डिज़ाइन के साथ होते हैं।

स्टेटर और रोटर के बीच हमेशा एक गैप बनाया जाता है, जो रोटेशन सुनिश्चित करने और जाम होने से रोकने के लिए आवश्यक है। लेकिन साथ ही इसमें चुंबकीय प्रेरण ऊर्जा का नुकसान होता है। इसलिए, वे इष्टतम तरीके से दोनों आवश्यकताओं को ध्यान में रखते हुए इसे जितना संभव हो उतना छोटा बनाने की कोशिश करते हैं।

रोटर के समान शाफ्ट पर स्थित, एक्साइटर अपेक्षाकृत कम शक्ति का प्रत्यक्ष धारा जनरेटर है। इसका उद्देश्य: स्वतंत्र उत्तेजना की स्थिति में बिजली जनरेटर की वाइंडिंग को बिजली की आपूर्ति करना।

उत्तेजना की प्राथमिक या बैकअप विधि बनाते समय इस तरह के एक्साइटर्स का उपयोग अक्सर टर्बाइन या हाइड्रोलिक जनरेटर डिज़ाइन के साथ किया जाता है।

एक औद्योगिक जनरेटर की तस्वीर घूर्णन रोटर संरचना से धाराओं को पकड़ने के लिए पर्ची के छल्ले और ब्रश की व्यवस्था दिखाती है। ऑपरेशन के दौरान, यह डिवाइस निरंतर यांत्रिक और विद्युत तनाव के अधीन है। उन्हें दूर करने के लिए, एक जटिल संरचना बनाई जाती है, जिसके संचालन के दौरान समय-समय पर जाँच और निवारक उपायों की आवश्यकता होती है।

उत्पन्न होने वाली परिचालन लागत को कम करने के लिए, एक अलग, वैकल्पिक तकनीक का उपयोग किया जाता है जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों को घुमाने के बीच बातचीत का भी उपयोग करता है। रोटर पर केवल स्थायी या विद्युत चुंबक रखे जाते हैं और स्थिर कॉइल से वोल्टेज हटा दिया जाता है।

ऐसा सर्किट बनाते समय, ऐसी संरचना को "अल्टरनेटर" शब्द कहा जा सकता है। इसका उपयोग तुल्यकालिक जनरेटर में किया जाता है: बिजली के उत्पादन के लिए उच्च आवृत्ति, मोटर वाहन, डीजल लोकोमोटिव और जहाज, बिजली संयंत्र प्रतिष्ठान।

तुल्यकालिक जनरेटर के लक्षण

परिचालन सिद्धांत

कार्रवाई का नाम और विशिष्ट विशेषता स्टेटर वाइंडिंग «एफ» और रोटर के रोटेशन में प्रेरित वैकल्पिक इलेक्ट्रोमोटिव बल की आवृत्ति के बीच एक कठोर संबंध के निर्माण में निहित है।

स्टेटर में एक तीन-चरण वाइंडिंग लगाई जाती है, और रोटर पर एक कोर के साथ एक इलेक्ट्रोमैग्नेट होता है और एक ब्रश कलेक्टर के माध्यम से डीसी सर्किट द्वारा खिलाया जाने वाला एक रोमांचक वाइंडिंग होता है।

रोटर को यांत्रिक ऊर्जा के स्रोत द्वारा घूर्णन में संचालित किया जाता है - एक ही गति पर एक ड्राइव मोटर। इसका चुंबकीय क्षेत्र समान गति करता है।

एक ही परिमाण के इलेक्ट्रोमोटिव बल लेकिन दिशा में 120 डिग्री से स्थानांतरित होकर स्टेटर वाइंडिंग में प्रेरित होते हैं, जिससे तीन चरण सममित प्रणाली बनती है।

जब वे उपभोक्ता सर्किट के वाइंडिंग के सिरों से जुड़े होते हैं, तो चरण धाराएं सर्किट में कार्य करना शुरू कर देती हैं, जो एक चुंबकीय क्षेत्र को उसी तरह घुमाती हैं: समकालिक रूप से।

प्रेरित ईएमएफ के आउटपुट सिग्नल का रूप केवल रोटर ध्रुवों और स्टेटर प्लेटों के बीच की खाई में चुंबकीय प्रेरण वेक्टर के वितरण कानून पर निर्भर करता है। इसलिए, जब साइनसोइडल कानून के अनुसार प्रेरण का परिमाण बदलता है, तो वे ऐसा डिज़ाइन बनाना चाहते हैं।

जब गैप स्थिर होता है, तो गैप के अंदर फ्लो वेक्टर ट्रैपेज़ॉइडल होता है, जैसा कि लाइन ग्राफ 1 में दिखाया गया है।

हालांकि, यदि ध्रुवों पर फ्रिंजों के आकार को अंतराल को अधिकतम मान में बदलकर तिरछा करने के लिए सही किया जाता है, तो वितरण का एक साइनसोइडल आकार प्राप्त करना संभव है जैसा कि पंक्ति 2 में दिखाया गया है। इस तकनीक का प्रयोग व्यवहार में किया जाता है।

तुल्यकालिक जनरेटर के लिए उत्तेजना सर्किट

रोटर «ओबी» की उत्तेजना वाइंडिंग पर उत्पन्न होने वाला मैग्नेटोमोटिव बल इसके चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करता है। इसके लिए विभिन्न DC एक्साइटर डिज़ाइन निम्न पर आधारित हैं:

1. संपर्क का तरीका;

2. गैर-संपर्क विधि।

पहले मामले में, उत्तेजक «बी» नामक एक अलग जनरेटर का उपयोग किया जाता है। इसकी उत्तेजन कुंडली समानांतर उत्तेजन के सिद्धांत के अनुसार एक अतिरिक्त जनरेटर द्वारा संचालित होती है, जिसे «पीवी» उत्तेजक कहा जाता है।

सभी रोटर एक सामान्य शाफ्ट पर स्थित होते हैं। इसलिए, वे ठीक उसी तरह घूमते हैं। उत्तेजना और एम्पलीफायर सर्किट में धाराओं को नियंत्रित करने के लिए रिओस्टैट्स आर 1 और आर 2 का उपयोग किया जाता है।

गैर-संपर्क विधि के साथ, रोटर पर स्लिप रिंग नहीं होते हैं। उस पर सीधे तीन चरण की एक्साइटर वाइंडिंग लगाई जाती है। यह रोटर के साथ तुल्यकालिक रूप से घूमता है और सह-घूर्णन करने वाले दिष्टकारी के माध्यम से विद्युत प्रत्यक्ष धारा को सीधे एक्साइटर वाइंडिंग «बी» तक पहुंचाता है।

संपर्क रहित सर्किट के प्रकार हैं:

1. स्टेटर की अपनी वाइंडिंग से स्व-उत्तेजना प्रणाली;

2. स्वचालित योजना।

पहली विधि में, स्टेटर वाइंडिंग्स से वोल्टेज को स्टेप-डाउन ट्रांसफॉर्मर को खिलाया जाता है, और फिर सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर «पीपी» को, जो डायरेक्ट करंट उत्पन्न करता है।

इस पद्धति के साथ, अवशिष्ट चुंबकत्व की घटना के कारण प्रारंभिक उत्तेजना पैदा होती है।

स्व-उत्तेजना बनाने की स्वचालित योजना में इसका उपयोग शामिल है:

• वोल्टेज ट्रांसफार्मर वीटी;

• स्वचालित उत्तेजना नियामक एटीएस;

• वर्तमान ट्रांसफॉर्मर टीटी;

• सही करनेवाला वी.टी.;

• थाइरिस्टर कनवर्टर टीपी;

• सुरक्षा ब्लॉक BZ।

अतुल्यकालिक जनरेटर के लक्षण

इन डिज़ाइनों के बीच मुख्य अंतर रोटर गति (nr) और कॉइल (n) में प्रेरित EMF के बीच एक कठोर संबंध की कमी है। उनके बीच हमेशा एक अंतर होता है, जिसे "स्लिप" कहा जाता है। इसे लैटिन अक्षर "S" द्वारा निरूपित किया जाता है और सूत्र S = (n-nr) / n द्वारा व्यक्त किया जाता है।

जब भार जनरेटर से जुड़ा होता है, तो रोटर को चालू करने के लिए ब्रेकिंग टॉर्क बनाया जाता है। यह उत्पन्न ईएमएफ की आवृत्ति को प्रभावित करता है, एक नकारात्मक पर्ची बनाता है।

अतुल्यकालिक जनरेटर के लिए रोटर का निर्माण किया जाता है:

• शार्ट सर्किट;

• अवस्था;

• खोखला।

अतुल्यकालिक जनरेटर हो सकते हैं:

1. स्वतंत्र उत्साह;

2. आत्म-उत्तेजना।

पहले मामले में, एक बाहरी एसी वोल्टेज स्रोत का उपयोग किया जाता है, और दूसरे में, सेमीकंडक्टर कन्वर्टर्स या कैपेसिटर का उपयोग प्राथमिक, द्वितीयक या दोनों प्रकार के सर्किट में किया जाता है।

इस प्रकार, अल्टरनेटर और डायरेक्ट करंट जनरेटर निर्माण के सिद्धांतों में बहुत आम हैं, लेकिन कुछ तत्वों के डिजाइन में भिन्न हैं।