Удобство современного человека зависит от наличия электричества. Независимые от магистралей источники энергии при обесточивании позволяют поддерживать работу оборудования в доме, офисе или во время сварки. У техники разные параметры мощности и строение. Чтобы выбрать подходящую модель, надо разобраться, что такое альтернатор.
Основные понятия
Для выработки тока электрического используют специальные устройства – генераторы. Аппарат состоит из мотора и энергетического преобразователя, установленных в корпусе или на открытой рамке. Альтернатор – одна из главных частей источника, преображающая механическое движение вала в электроэнергию. В составе механизма есть статичные и подвижные детали (статор, ротор).
Чтобы активировать электродвижущую силу на изоляции неподвижной детали, создают поле магнитное. Во всех видах оборудования этого типа применяют вращающийся намагниченный ротор. По конструктивным различиям альтернаторы делят на 2 вида:
- Синхронный. В щеточной технике есть намотка на подвижной части.
- Асинхронный. У намагниченной детали нет изоляции. Остаточное поле передается по бесконтактному принципу, поэтому в оборудовании нет щеток.
По строению первый вид альтернаторов получается более сложным, чем второй. В синхронном есть обмотки и электрощетки (угольные, медно-графитовые), что сказывается на стоимости. Такие варианты служат долго и редко кардинально ломаются. Элементарный по строению асинхронный не содержит много деталей, поэтому по цене выходит дешевле.
Обмотку генератора делают из металла. Если нужна техника для постоянной и активной эксплуатации при частых перегрузках, то отдают предпочтение долговечной меди. У алюминиевых моделей есть ограничения по максимальной нагрузке, поэтому быстро выйдут из строя.
Вращение в оборудовании осуществляют за счет электродвижущей силы, которую создают возбуждением магнитным полем на обмотке. Арматурные проводники располагают на статоре. В элементах возникает переменное напряжение из трех фаз. Чем мощнее генератор, тем больше конструкция.
Оборудование сделали таким образом, что якоря проводников высыпают в роли магнитов. При вращении вала от турбины в аппарат поступает электричество, а обмотка питается энергией. Щеточные трехфазные генераторы создают больше полезного тока, чем бесщеточные виды. Технику используют в случаях, когда расход мощности более 50 кВт.
Синхронная конструкция
Синхронным называют генератор (альтернатор), у которого частота вращения ротора совпадает с показаниями движения поля магнитного. При автономной работе оборудование тока переменного способно выдержать любую нагрузку. Техника отлично функционирует в условиях без централизованных магистралей.
Принцип работы
Синхронный альтернатор работает по принципу электромагнитной индукции. При холостом движении катушка статора разомкнута, а энергия формируется в роторной обмотке. Подвижные части вращаются от мотора. Во время процесса внутри образуется постоянная частота, а магнитное поле переносится через детали и создают электродвижущую силу.
Для образования полей внутри конструкции нужна обмотка. Элемент позволяет надежно изолировать друг от друга металлические пластины. Если в синхронном альтернаторе якорь привести в движение вращением, то поток энергии переходит через статорные катушки.
Щеточные конструкции работают в режиме двигателя или для генерации электричества. В моделях, функционирующих при высоких нагрузках, дополнительно используют системы охлаждения. В вал устанавливают «крылья», которые с двух сторон обдувают ротор и снижают температуру подвижного элемента. Чем сильнее поток кислорода, тем лучше проходит процедура.
Особенности конструкции
Синхронный альтернатор по строению является типичным представителем генераторов. В пазах статора щеточной машины расположили одно-, двух- или трехфазную обмотку. От бесщеточного вида модель отличается ротором, который по функциям является электрическим магнитом. В конструкции присутствуют полюсы (от 2 и более).
У быстроходных генераторов количество полюсных пар равно 1. Чтобы получить ток, синхронный альтернатор надо вращать с определенной частотой. Производители создают конструкции, внутри которых присутствуют полупроводниковые трехфазные элементы. Для образования энергии применяют метод выпрямления токов переменных.
Система возбуждения генераторов представляет собой оборудование, созданное для производства тока. Регуляторы используют для управления электричеством. По типу действия выделяют 2 группы:
- Пропорционального. При отклонении одного параметра равномерно трансформируют ток возбуждения.
- Сильного. Изменения происходят при расхождении нескольких показателей.
Структуры возбуждения в синхронном альтернаторе обеспечивают безопасное функционирование и торможение оборудования на холостом ходу. Техника работает по заданной программе с учетом нагрузок. При отклонении параметров устройство подстраивается под изменения (напряжения, скорости).
Виды оборудования
По техническим особенностям синхронные альтернаторы делят на 4 группы. В турбогенераторах энергия возникает при движении специальных элементов. Скорость у моделей часто достигает 6000 об/мин. Гидроконструкции за счет отсутствия полюсов работают на малых оборотах.
Мощный синхронный компенсатор применяют для стабилизации напряжения. Аппарат подходит для улучшения качества получаемой энергии. Двухполюсное ударное оборудование воздействует недолго, используют в графиках коротких замыканий.
Плюсы и минусы
Синхронные генераторы (альтернаторы) обеспечивают на выходе равномерный ток, легко переносят максимальные нагрузки и небольшие колебания. Агрегаты подойдут для выработки электричества для бытовой, компьютерной техники и точного оборудования. Сильные стороны:
- качественная энергия;
- стабильное напряжение;
- практичность в эксплуатации;
- надежность.
К недостаткам синхронных генераторов (альтернатов) относят высокую цену, создание радиопомех и слабую защиту от пыли. Для снижения жара вращающихся щеток используют вентиляторы. Система охлаждения, как пылесос, втягивает мелкие частицы, которые засоряют конструкцию и станут причиной поломок. Чтобы минимизировать проблему, профессионалы советуют регулярно осматривать и вовремя менять детали. Угольные модели прослужат до 2 лет, медно-графитовые – 4 месяца.
Асинхронное оборудование
Конструкции, работающие от непостоянного тока, называют асинхронными. Бесщеточный альтернатор можно использовать как в качестве генератора, так и в роли мотора. Функциональный аппарат быстро переходит из режима двигателя к графику источника бесперебойной энергии.
Технические особенности
У асинхронного альтернатора медленнее, чем у синхронного, вертится статорное поле. Чтобы изменить функцию мотора на генератор, стоит увеличить движущуюся скорость ротора. Вращающийся элемент перестает следовать за магнитным полем и меняет направление.
Процесс возникает при подключении группы конденсаторов к сети. Детали начинают заряжаться, накапливают энергию электрополей. У фазы есть заряд, противоположный полюсу источника. Ротор замедляется, что приводит к производству тока.
Асинхронные конструкции потребляют мощность, которая нужна для формирования магнитного поля. В двигатель поступает электрическая энергия, а на выходе получают механическую. Быстрота перехода из одного режима в другой зависит от особенностей вращения или торможения.
За счет отсутствия щеток модели называют бесщеточными. Ротор асинхронного альтернатора делают в форме «беличьего колеса». Сооружение в виде решетки цельной тормозит детали, создавая эффект скольжения. При механическом импульсе за счет остатков излучения в элементах возникают поля, которые динамически взаимодействуют.
Типы генераторов
Асинхронные альтернаторы различают по рабочим параметрам. У конструкций роторы бывают фазные или короткозамкнутые. Из-за сложного строения у первого вида дорогое обслуживание. У второго подвижные детали в форме цилиндра состоят из палочек и колец, немного напоминает колесо белки.
Асинхронные генераторы применяют при работе с техникой с рекуперативным или реостатным типом торможения (транспортеры, краны подъемные). Электростанции используют в промышленном оборудовании, которое нетребовательно к качеству получаемой энергии. Бесщеточные альтернаторы – мощное устройство для зарядки, которое обеспечит подпитку аккумуляторов в автомастерских или функционирование сварки. В полевых условиях модели станут недорогим источником энергии, работающими от дизельных двигателей.
Сильные и слабые стороны
У асинхронных альтернаторов нет обмотки двигающихся компонентов, поэтому не нужны щетки. Подвижный элемент визуально напоминает маховик. Для бесперебойного функционирования генератору хватит конденсаторов и магнитных полей. За счет простоты конструкции оборудование надежнее синхронного, долго не выходит из строя.
Из-за отсутствия медной обмотки не нужно охлаждать детали и менять щетки. В альтернаторы асинхронные не попадает мусор, влага и пыль, поэтому у генераторов увеличивается класс защиты. Бесщеточные модели не втягивают струи воды.
Из-за простоты строения у асинхронных альтернаторов масса и размеры ниже, чем у синхронных аналогов. Техника занимает меньше места, чем щеточные виды. Оборудование не боится коротких замыканий, что хорошо во время сварки.
Асинхронному альтернатору противопоказаны пусковые перегрузки. Во время процесса напряжение становится нестабильным. Разрешаемый предел – 10%, но в отдельных случаях отклонения намного выше. В конструкции не предусмотрели автоматический регулятор, поэтому незапланированные скачки способны уничтожить точное оборудование и дорогостоящую технику.
Профессионалы советуют предупредить проблему покупкой и монтажом стартового усилителя, который изменяет характеристики выходящей энергии. Производители качественных генераторов улучшают параметры аппаратов, поэтому моторы часто обеспечивают стабильные обороты при трансформации напряжения.
Какой лучше взять
Сталкиваясь с задачей какой альтернатор выбрать (синхронный или асинхронный), пользователи должны отталкиваться от требований, которые предъявляют технике. Бесщеточные модели – источник реактивной энергии, не боящийся перегрузок от пусков электрического оборудования. В составе есть автоматический регулятор, ограждающий от непредвиденных изменений.
Бесщеточные конструкции сами являются потребителем электричества, поэтому зависит от характеристик и качества тока. Аппаратам опасно работать при пусковой нагрузке. В профессиональном оборудовании для стабилизации величины тока в составе предусматривают конденсаторы.
Если нужно защитить технику от скачков энергии, то выбирают синхронные альтернаторы. У оборудования высокие требования к стабильности напряжения, что предупредит возможные проблемы. Аппараты подходят при частых перегрузках в режиме переходном, который происходит при подключении электрических пользователей (техники). Генератор защитит все подсоединенные приемники.
Асинхронный альтернатор применяют для эксплуатации оборудования, у которого нет высоких требований к качеству тока. Устройство отлично работает в запыленных местах, а мелкий сор или влага не выведет аппарат из строя. Модель подойдет в случаях, когда нет возможности купить дорогой щеточный вариант или отсутствует квалифицированное обслуживание. Техника с дополнительными пусковыми конденсаторами способна выдержать перегрузки при переходном режиме.
Если надо выбрать альтернатор для дома, то лучше отдать предпочтение синхронной модели. Щеточное оборудование с функцией AVR (стабилизация напряжения) подойдет для ПК и бытовой техники. Генератор оградит чувствительные устройства от скачков энергии и выхода из строя. Аппарат подойдет для:
- офисов;
- медицинских клиник;
- исследовательских лабораторий.
Если нужен аппарат для строительства, тогда отдают асинхронной модели. Бесщеточные генераторы отлично функционируют на свежем воздухе, на улице. Конструкция не боится пыли в производственном цехе. Из-за устойчивости к замыканиям оборудование не ломается при сварке, а компактность добавляет агрегату мобильности (легко переносить).
При выборе мощности складывают сумму всех подключенных потребителей. Чтобы не было непредвиденных ситуаций, модели берут с запасом пропускной способности. Генератор обязательно проверяют во включенном режиме. При работе измерительные приборы всегда стабильные, а выхлопы звучат ровно, без рывков.
Перед выбором оборудования обращают внимание на тип топлива. Показатель влияет на стоимость аппарата и последующего технического обслуживания. Если генератор планируют эксплуатировать периодически или при минусовых температурах, то отдают предпочтение дешевому бензиновому. При круглосуточной работе в частном доме или офисе лучше взять дизельный. Разовая переплата позволит сэкономить средства по сервису электростанции.
Заключение
Альтернатор – практичное устройство, которое станет надежным источником энергии в коттедже, автомобильной мастерской или во время строительства. Синхронные аппараты по конструкции более сложные и дорогие, чем асинхронные виды. Выбирая генератор для дома или производства обращают внимание не на стоимость модели, а на характеристики устойчивости к перепадам напряжения, пусковой нагрузке или пыли.
