Однофазный генератор
Однофазный генератор (также известный как однофазный генератор переменного тока ) представляет собой электрический генератор переменного тока , который вырабатывает одно постоянно переменное напряжение. Однофазные генераторы могут использоваться для выработки электроэнергии в однофазных электроэнергетических системах. Однако многофазные генераторы обычно используются для подачи электроэнергии в трехфазной системе распределения, и вместо этого ток преобразуется в однофазный рядом с однофазными нагрузками. Таким образом, однофазные генераторы используются в приложениях, которые чаще всего используются, когда приводимые в действие нагрузки относительно легкие [1] и не подключены к трехфазной сети, например, переносные.двигатели-генераторы . Более крупные однофазные генераторы также используются в специальных приложениях, таких как однофазная тяговая мощность для систем электрификации железных дорог . [2]
Конструкция генераторов с вращающимся якорем состоит в том, чтобы иметь якорную часть на роторе и часть магнитного поля на статоре . Базовая конструкция, называемая элементарным генератором [3] , состоит в том, чтобы иметь якорь с прямоугольной петлей для пересечения силовых линий между северным и южным полюсами. Разрезая силовые линии посредством вращения, он производит электрический ток. Ток выводится из генератора через два комплекта токосъемных колец и щеток , по одному на каждый конец якоря. В этой двухполюсной конструкции, когда якорь делает один оборот, он генерирует один цикл однофазного тока .переменный ток (АС). Чтобы генерировать выходной переменный ток, якорь вращается с постоянной скоростью, количество оборотов в секунду соответствует желаемой частоте (в герцах ) выходного переменного тока.
Взаимосвязь вращения якоря и выходного переменного тока можно увидеть на этой серии изображений. Из-за кругового движения якоря против прямых силовых линий переменное число силовых линий будет перерезано даже при постоянной скорости движения. При нуле градусов прямоугольное плечо якоря не пересекает силовые линии, давая нулевое выходное напряжение. По мере того, как якорь вращается с постоянной скоростью в сторону положения 90°, обрезается больше линий. Силовые линии пересекаются не чаще, чем когда якорь находится в положении 90°, давая наибольший ток в одном направлении. Когда он поворачивается к положению 180 °, меньшее количество силовых линий перерезается, выдавая меньшее напряжение, пока оно снова не станет равным нулю в положении 180 °. Напряжение снова начинает увеличиваться, когда якорь направляется к противоположному полюсу в положении 270°. В этом положении ток генерируется в противоположном направлении, выдавая максимальное напряжение на противоположной стороне. Напряжение снова уменьшается, когда он завершает полный оборот. За один оборот выход переменного тока производится за один полный цикл, как показано на рисунке.синусоида .
К однофазному генератору также можно добавить больше полюсов, чтобы один оборот мог производить более одного цикла выходного переменного тока. В примере слева часть статора изменена, чтобы иметь 4 полюса, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Северный полюс находится рядом с двумя южными полюсами. Также изменена форма якоря в роторной части. Это уже не плоский прямоугольник. Рука согнута на 90 градусов. Это позволяет одной стороне арматуры взаимодействовать с северным полюсом, в то время как другая сторона взаимодействует с южным полюсом аналогично двухполюсной конфигурации. Ток по-прежнему проходит через два набора токосъемных колец и щеток так же, как и в двухполюсной конфигурации. Разница в том, что цикл выдачи переменного тока может быть завершен после поворота якоря на 180 градусов. За один оборот на выходе переменного тока будет два цикла. Это увеличивает частоту на выходе генератора. Можно добавить больше полюсов для достижения более высокой частоты при той же скорости вращения генератора или той же выходной частоты при более низкой скорости вращения генератора в зависимости от применения.
