Генератор трехфазного тока схема: электрогенераторы 15 кВт, 10 кВт и 6 кВт, схема, принцип работы и правила подключения. Из чего он состоит?

Трехфазный генератор переменного тока

Автор Aluarius На чтение 4 мин. Просмотров 6.5k. Опубликовано 27.01.2016

Содержание

Тот, кто незнаком с генераторами, объясняем, что это агрегат, в котором из одного вида энергии получается другая. А, точнее, из механической электрическая. При этом эти приборы могут генерировать как ток постоянный, так и ток переменный. До середины двадцатого века использовались в основном генераторы постоянного тока. Это были аппараты больших размеров, которые работали не очень хорошо. Появление на рынке диодов полупроводникового типа позволило изобрести трехфазный генератор переменного тока. Именно диоды позволяют выпрямить переменный ток.

Принцип работы

В основе работы трехфазного генератора лежит закон Фарадея – закон электромагнитной индукции, который гласит, что электродвижущая сила будет обязательно индуцироваться во вращающейся прямоугольной рамке, которая установлена между двумя магнитами. При этом делается оговорка, что магниты будут создавать вращающееся магнитное поле. Направление вращения и рамки, и магнитного поля обязательно совпадают. Но электродвижущая сила будет возникать и в том случае, если рамка останется неподвижной, а внутри нее вращать магнит.

Чтобы разобраться, как работает генератор, обратите внимание на рисунок ниже. Это простейшая схема его работы.

Здесь хорошо видны магниты с разными полюсами, рамка, вал и токосъемные кольца, с помощью которых производится отвод тока.

Конечно, это просто схема, хотя лабораторные генераторы так и создавались. На практике же обычные магниты заменяют электромагнитами. Последние – это медная обмотка или катушки индуктивности. Когда по ним проходит электрический ток, образуется необходимое магнитное поле. Такие генераторы установлены во всех автомобилях (это для примера), чтобы их запустить, под капотом устанавливается аккумулятор, то есть, источник постоянного тока. Некоторые модели генераторов запускаются по принципу самовозбуждения или при помощи маломощных генераторов.

Схемa генерaторa переменного токa

Разновидности

В основе классификации заложен принцип действия, поэтому эти агрегаты переменного тока делятся на два класса:

• Асинхронные. Это самые надежные в работе, небольших размеров и веса, простых по конструкции генераторы. Они прекрасно справляются с перегрузками и коротким замыканием. Правда, необходимо учитывать, что данный вид сразу же выходит из строя, если на него будет действовать большая перегрузка. К примеру, пусковой ток электрооборудования. Поэтому стоит учитывать этот факт, для чего придется приобретать генератор мощностью большей раза в три или четыре, чем потребляемая мощность оборудования при запуске.
• Синхронные. А вот этот вид легко справляется с краткосрочными нагрузками. Такой генератор может выдержать перегруз раз в пять или шесть. Правда, высокой надежностью он не отличается по сравнению с асинхронным вариантов, к тому же он является обладателем больших размеров и массы.

Конечно, в данном разделении лежит принцип работы агрегата. Но есть и другие критерии.

• Однофазный.
• Двухфазный.
• Трехфазный.
• Многофазный (обычно шесть фаз).
• Сварочный.
• Линейный.
• Индукционный.
• Стационарный.
• Переносной.

Устройство трехфазного генератора

В принципе, устройство трехфазного генератора переменного тока достаточно простое. Это корпус с двумя крышками с противоположных сторон. В каждой из них проделаны отверстия для вентиляции. В крышках устроены ниши под подшипники, в которых вращается вал. На передний конец вала устанавливается передаточный элемент. К примеру, на автомобильном генераторе установлен шкив, с помощью которого вращение передается от двигателя внутреннего сгорания на генератор. На противоположном конце вала производится передача электрического тока, ведь вал в этом случае выступает как электромагнит с одной обмоткой.

Передача производится через графитовые щетки и токосъемные кольца (они из меди). Щетки соединены с электрорегулятором (по сути, это обычное реле), который регулирует подачу напряжение 12 вольт с требуемыми отклонениями. Самое важное, что реле не повышает и не понижает напряжение в зависимости от скорости вращения самого вала.

Так вот если говорить о трехфазных генераторах переменного тока, то это три вот таких однофазных. Только трехфазный агрегат имеет обмотку не на роторе (валу), а в статоре. И таких обмоток три, которые сдвинуты относительно друг друга по фазе. Вал, как и в первой конструкции, выполняет функции электромагнита, который питается через контакты скользящего типа постоянным током.

Вращение вала создает в обмотках магнитное поле. Электродвижущая сила начинает индуцироваться, когда происходит пересечение магнитного поля обмоток с ротором. А так как обмотки располагаются на статоре симметрично, то есть, через каждые 120º, то соответственно и электродвижущая сила будет иметь одинаковое амплитудное значение.

Трехфазные цепи. Полный обзор, преимущества, схема генератора.

Aveal

12.03.2015

Сегодня мы вернемся к обсуждению основ электроники и обсудим наиболее распространенные в современной энергетике трехфазные цепи. По сути, приходящее к каждому в квартиру, однофазное напряжение (те самые 220 В) есть ни что иное, как одна из фаз от генерируемого на электростанции трехфазного. Собственно, в этой статье мы разберем некоторые математические аспекты данного вопроса, а также рассмотрим, какой же смысл кроется в использовании именно таких сигналов.

Начнем сразу с преимуществ использования трехфазных цепей. А это, в первую очередь, простота и экономичность генерации. Таким образом, логически переходим как раз-таки к методу генерации переменного трехфазного тока.

Для создания цепи необходимы три источника напряжения с одинаковыми частотами и амплитудами, но смещенные друг относительно друга по фазе на 120 градусов. С поставленной задачей отлично справляется синхронный генератор, выполненный по следующей схеме:

Генератор состоит из двух частей — ротора и статора — подвижной и неподвижной частей. На статоре расположены три абсолютно одинаковые обмотки, смещенные друг относительно друга на 120 градусов (360 / 3). Ротор же представляет из себя электромагнит, создающий вокруг себя магнитное поле. Суть заключается в том, что при вращении ротора положение магнитного поля и обмоток друг относительно друга меняется, в результате чего в обмотках наводятся синусоидальные сигналы.

Для трехфазного напряжения нам нужны синусоидальные напряжения с одинаковой частотой и амплитудой, но отличающиеся по фазе. В данном случае у нас равенство амплитуд гарантируется абсолютной идентичностью конструкции обмоток генератора. Частота сигналов зависит от частоты вращения ротора, а смещение сигналов по фазе обеспечивается тем, что обмотки смещены друг относительно друга в пространстве. Собственно, вот так, в общих чертах, работают генераторы трехфазного напряжения.

В итоге мы получаем на обмотках:

e_1 = E_m\medspace sin(wt)

e_2 = E_m\medspace sin(wt\medspace-\medspace 2\pi / 3)

e_3 = E_m\medspace sin(wt\medspace-\medspace 4\pi / 3) = E_m\medspace sin(wt + 2\pi / 3)

Если записать действующие значения ЭДС в комплексном виде, то получим следующее:

E_1 = E_me^{j\medspace\cdot\medspace 0}

E_2 = E_me^{j\medspace\cdot\medspace (-120)}

E_3 = E_me^{j\medspace\cdot\medspace 120}

В конце статьи мы обязательно построим векторную диаграмму для этих величин. Чаще всего, кстати, обозначают E_1, E_2 и E_3 как E_A, E_B и E_C. Пожалуй и мы здесь тоже будем придерживаться такой системы обозначений.

Давайте перейдем к рассмотрению практического примера подключения потребителя к трехфазной цепи. И тут наиболее «популярным» способом является соединение звездой:

Точки A, B и С (начала фаз) соединены с точками a, b и c потребителя. А концы фаз в свою очередь соединены все вместе (точка N) и подключены к точке n приемника. Таким образом, требуется всего 4 провода, которые называются соответственно линейными (A — a, B — b, C — c) и нейтральным (N — n).

На заре развития трехфазных цепей концы фаз не соединялись вместе, а просто подключались к концам фаз приемника. В итоге по сути получались три однофазные цепи и для подключения требовалось 6 проводов, а не 4. В связи с экономической невыгодностью такое подключение практически не используется.

На примере соединения звездой рассмотрим некоторые основные термины, использующиеся при работе с такими цепями. В трехфазной цепи различают понятия линейных и фазных напряжений и токов. Фазное напряжение — это напряжение между линейным проводом и нейтральным (U_A, U_B, U_C, U_a, U_b, U_c). Если пренебрегать собственным сопротивлением соединительных проводов, то фазные напряжения приемника равны соответствующим фазным напряжениям источника (U_a = U_A, U_b = U_B, U_c = U_C).

Линейным же напряжением называют напряжение между линейными проводами разных фаз, например U_{AB}, как в нашей схеме. Аналогично можно определить U_{CA} и U_{BC}).

И вот как раз еще одним важным преимуществом трехфазных цепей является возможность получения двух величин напряжения в одном генераторе. Давайте определим, собственно, значения этих напряжений.

Зная, что сигналы U_A, U_B и U_C смещены друг относительно друга на 120 градусов, а также учитывая условно выбранные направления напряжений получим следующие уравнения для векторов напряжений (мы рассматриваем именно вектора, а не действующие значения, нельзя путать эти понятия(!)):

U_{AB} = U_A\medspace-\medspace U_B

U_{BC} = U_B\medspace-\medspace U_C

U_{CA} = U_C\medspace-\medspace U_A

Построим векторную диаграмму:

Отсюда геометрически очень просто получить следующее уравнение для связи линейных и фазных напряжений:

U_{AB} = 2\medspace U_A\medspace cos(30)

Немного упростим и получим:

U_{AB} = \sqrt3\medspace U_A

Поскольку фазные напряжения у нас являются переменными и изменяющимися по синусоидальному закону, то и линейное напряжение будет синусоидальным. Причем связаны фазное и линейное напряжения будут полученным выше соотношением.

Рассмотрим «бытовую» трехфазную цепь. К нам в квартиру приходит одна из трех фаз, которая представляет из себя переменное напряжение с действующим значением равным 220В. Каким бы в данном случае было действующее значение линейного напряжения, если бы к нам в квартиру приходили все три фазы? Все просто: \sqrt3 \cdot 220\medspace В = 380\medspace В.

На этом мы на сегодня заканчиваем, надеюсь статья окажется понятной и полезной. До скорых встреч 🤝

3-фазная схема генератора сигналов с использованием операционного усилителя

Много раз мы находим важным и удобным иметь настоящий трехфазный сигнал для оценки различных электронных конфигураций, таких как трехфазные инверторы, трехфазные двигатели, преобразователи и т. д. преобразования быстро, мы обнаруживаем, что эту конкретную реализацию трудно приобрести и применить. Предложенная схема позволяет генерировать обсуждавшиеся выше хорошо рассчитанные разнесенные и позиционированные выходные синусоидальные волны из одного основного источника входного сигнала.

Функционирование схемы генератора трехфазных сигналов можно понять с помощью следующего пояснения:

Образец входного синусоидального сигнала подается через точку «вход» и землю схемы. Этот входной сигнал инвертируется и буферизируется операционным усилителем A1 с единичным усилением. Этот инвертированный и буферизованный сигнал, полученный на выходе A1, теперь становится новым мастер-сигналом для предстоящей обработки.

Приведенный выше буферизованный мастер-сигнал снова инвертируется и буферизуется следующим операционным усилителем A2 с единичным коэффициентом усиления, создавая выходной сигнал с начальной фазой, равной нулю, в точках «Phase1»

Одновременно задающий сигнал с выхода А1 сдвигается по фазе на 60 градусов через RC-цепочку R1, С1 и подается на вход А4.

A4 настроен как неинвертирующий операционный усилитель с коэффициентом усиления 2, чтобы компенсировать потери сигнала в конфигурации RC.

В связи с тем, что основной сигнал сдвинут по фазе на 180 градусов относительно входного сигнала, а затем дополнительно сдвинут на 60 градусов с помощью RC-цепи, окончательная форма выходного сигнала сдвигается на 240 градусов и составляет «Фазу 3». сигнал.

Теперь следующий усилитель с единичным усилением A3 суммирует выходной сигнал A1 (0 градусов) с выходным сигналом A4 (240 градусов), создавая сигнал со сдвигом по фазе на 300 градусов на выводе № 9, который, в свою очередь, соответствующим образом инвертируется, сдвигая фазу. на дополнительные 180 градусов, создавая предполагаемый фазовый сигнал 120 градусов на его выходе, обозначенный как «Phase2».

Схема намеренно подключена для работы с фиксированной частотой для повышения точности.

Фиксированные значения используются для R1 и C1 для рендеринга предполагаемых точных фазовых сдвигов на 60 градусов. 96) / (6,28 x F x C1)

где:
R1 в кОм
C1 в мкФ

Принципиальная схема

Список деталей

1-3h

Все R = 10 = LM324
Питание = +/- 12 В постоянного тока

Частота (Гц)	R1 (кОм)	C1 (nf)
	9069 066	100
400	6,8	100
60	4. 7	1000
50	5,6	1000

, следующие изображения предоставляют подробную информацию относительно того же:

Отзыв от г-на Абу-Хафсса:

Мне понадобился 3-фазный источник питания 15 В переменного тока для тестирования 3-фазных выпрямителей. Я смоделировал эту схему на днях, но не смог получить должных результатов. Сегодня у меня получилось.

IC A2 и резисторы, подключенные к контакту 6, можно исключить. Резистор между контактами 7 и 9 может быть подключен между основным входом и контактом 9. Выход фазы 1 может быть собран с исходного входа переменного тока. Фазы 2 и 3 можно собрать как указано на схеме.

Однако мое фактическое требование не могло быть выполнено. Когда эти 3 фазы подключены к 3-фазному выпрямителю, форма волны фаз 2 и 3 нарушается. Я пробовал с оригинальной схемой, в этом случае все три фазы возмущаются

Наконец-то нашел решение! Конденсатор емкостью 100 нФ, включенный последовательно с каждой фазой, и выпрямитель в значительной степени решили проблему.

Хотя выпрямленный выходной сигнал непостоянен, но вполне приемлем

Обновление:  На следующем рисунке показан гораздо более простой вариант для точной генерации трехфазных сигналов без сложных настроек:

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем/печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными схемами и учебными пособиями.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете ответить через комментарии, я буду очень рад помочь!

Транзисторная схема трехфазного синусоидального генератора

В посте объясняется очень простая схема трехфазного генератора синусоидальной волны, использующая только три биполярных транзистора и несколько пассивных компонентов для запуска желаемого трехфазного выхода.

Обращаясь к схеме трехфазного генератора синусоидальных колебаний, мы можем видеть три идентичных транзисторных каскада, сконфигурированных по принципу перекрестной связи, имеющих эквивалентные временные константы RC на их базах.

Резистор 10k и конденсатор 1u по существу отвечают за обеспечение необходимого эффекта задержки для генерации трехфазных сигналов с фазовым сдвигом 120 градусов.

При включении питания может показаться, что каскады находятся в заблокированной последовательности, однако, поскольку все конденсаторы не могут иметь точно одинаковое значение, тот, у которого значение немного ниже, чем у другого, заряжается первым, вызывая последовательную проводимость через транзистор.

Предположим, что из-за несоответствия значений конденсатор базы среднего транзистора заряжается первым, это позволяет среднему транзистору проводить ток первым, что, в свою очередь, заземляет базу крайнего правого транзистора, предотвращая его протекание в этот мгновенный момент, но в тем временем базовый конденсатор левого или правого транзистора также заряжается в тандеме, что заставляет средний транзистор выключаться и освобождать проводимость правого транзистора.

Двухтактный цикл

Вышеупомянутая процедура взаимного выталкивания и вытягивания индуцирует и устанавливает непрерывную последовательную цепь проводимости через транзисторы, в результате чего предполагаемая трехфазная картина сигнала появляется на коллекторах транзисторов. Из-за постепенного заряда и разряда конденсаторов результирующая форма сигнала представляет собой чистую синусоидальную волну.

Резистор 2K2, показанный желтым цветом, странным образом становится решающим в инициировании последовательности генерации 3-фазного сигнала, без которого схема резко останавливается.

Как упоминалось ранее, степень фазы может быть изменена путем изменения значений RC на базах транзисторов, здесь он сконфигурирован для получения фазового сдвига на 120 градусов.

Принципиальная схема

Осциллограмма, 3-фазный сигнал

Видеоиллюстрация

Поскольку мой осциллограф не был оборудован для измерения 3-фазного сигнала, мне удалось проверить только один канал на видео.

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем/печатных плат, производитель.