Генераторът на електрически ток е устройство, предназначено да преобразува неелектрически видове енергия (химическа, механична, топлинна) в електрическа енергия. Освен това дизайнът му се основава на използването на принципа на електромагнитната индукция.
Принципът на действие и устройството на най-простия алтернатор
Електромагнитната индукция е явление, открито през 1831 г. от английския физик Майкъл Фарадей (1791-1867), който открива, че когато вариращ във времето магнитен поток преминава през затворена проводима верига, в последния се генерира електрически ток. Именно този принцип е в основата на всеки генератор.
На практика принципът на електромагнитната индукция се прилага по следния начин: електрически ток възниква в затворена рамка (ротор), когато той се пресича от въртящо се магнитно поле, образувано в зависимост от предназначението и конструкцията на генератора, от постоянни магнити или специални възбуждащи намотки. Когато завъртите рамката, величината на магнитния поток се променя. Колкото по-бързо се върти, толкова по-високо е изходното напрежение.
През 1827 г. унгарският физик Анжос Иштван Джедлик (1800-1895) открива този ефект и го използва, за да създаде оригинален модел на генератор на електрически ток. Въпреки това, вярвайки, че е известно, ученият не патентова откритието си и обяви създаването на първото динамо едва през 1850 година.
За източване на електрическия ток рамката е снабдена с токоприемник, който го превръща в затворен контур и осигурява постоянен контакт на въртящата се рамка със стационарните елементи на генератора. Пружинните четки се притискат към колекторните пръстени и по този начин електрическият ток се подава към изходните клеми на генератора.
Въртейки се, половинките на рамката последователно преминават близо до полюсите на магнита. В този случай настъпва циклична промяна в посоката на движение на възникващия ток - при всеки полюс токът се движи в една посока.
В зависимост от конструкцията на колектора, генераторът може да произвежда както постоянен, така и променлив ток.
- В генераторите на постоянен ток за всяка половина от намотката в колекторния възел има половин пръстени, изолирани един от друг. Поради факта, че тези половин пръстени непрекъснато се сменят с четки, токът не променя посоката си, а просто пулсира.
- При алтернаторите краищата на рамката са обвързани с плъзгащи пръстени и цялата тази конструкция се върти около оста си. Когато рамката се върти, четките, всяка от които е плътно съседна на собствения си пръстен, осигуряват надежден надолу проводник. В този случай няма циклична промяна в позицията на четките.
Въртящата се част на генератора се нарича ротор, а неподвижната част се нарича статор.
Принципът на работа на генераторите на променлив и постоянен ток е идентичен. Те се различават един от друг по дизайна на плъзгащите се пръстени, разположени на въртящия се ротор и конфигурацията на намотките.
В алтернаторите често се използва оригинално техническо решение, основаващо се на факта, че ЕМП възниква в проводник не само когато се върти в магнитно поле, но и когато самото магнитно поле се върти спрямо неподвижен проводник.
Този ефект се използва широко от разработчиците, които поставят електрически или постоянни магнити върху въртящ се ротор. В този случай напрежението се отстранява от стационарната монтирана намотка, което прави възможно да се отървете от сложните конструкции на токосъбиращите блокове.
Генератори на променлив ток
- конструктивно изпълнение;
- метод на възбуда;
- брой фази.
Според метода на възбуждане потребителят може да срещне единици:
- с независимо възбуждане - намотката за възбуждане се захранва от постоянен ток от независим източник на енергия;
- със самовъзбуждане - изправен ток от самия генератор се подава към намотката за възбуждане;
- с възбуждане от постоянни магнити - няма намотка за възбуждане;
- с възбуждане от възбудителя - генератор за постоянен ток с ниска мощност, „седнал” на един и същ вал с обслужвания генератор.
По броя на фазите електрическите генератори са:
- монофазни;
- двуфазен;
- три фази.
На практика трифазните алтернатори са най-често срещаните. Това се дължи на редица предимства, характерни за този тип инертни материали:
- получаване на икономически ефект при разработването на системи за пренос на електроенергия на дълги разстояния - намаляване на разхода на материал на трансформаторни устройства и захранващи проводници; Това се улеснява от наличието на кръгово магнитно поле;
- увеличен експлоатационен живот, който осигурява баланса на системата;
- едновременно използване на линейно и фазово напрежение.
Структурно трифазният електрически генератор има три независими намотки, разположени в статора в кръг с изместване от 120 ° един спрямо друг. В този случай всяка намотка е еднофазен генератор, който е в състояние да подава променливо напрежение на потребителя R. Такава единична намотка се нарича "фаза". Фазовите намотки могат да бъдат свързани помежду си чрез "делта" или "звезда".
Съществуват и други схеми за свързване на намотките, например шестопроводната система на Тесла или връзката Славянка (комбинация от шест намотки под формата на една „звезда“ и един „триъгълник“), но те не бяха широко използвани.
Ролята на рамката в устройствата, които генерират променлив ток, се играе от електромагнит, който, докато се върти, измества променливата ЕМП, индуцирана в намотките, с една трета от цикъла един спрямо друг.
Сред многото алтернатори има два основни типа на тяхната конструкция: синхронни и асинхронни. Напоследък, предвид големия брой сложни електронни устройства, контролирани от микропроцесори, се появи нов тип електрически генератор - инвертор.
Синхронни генератори на енергия
Синхронният алтернатор е конструктивно съставен от две части - подвижен ротор и неподвижен статор.
Когато роторът се върти, който е електромагнит със сърцевина и намотка за възбуждане, свързан към външен източник на енергия с помощта на четков механизъм, в намотката на статора се индуцира ЕМП, която се подава към изходните клеми на генератора. Този дизайн елиминира необходимостта от плъзгащи се контакти, което значително опростява дизайна на устройството. Първоначално магнитният поток се възбужда от възбудител на трета страна, прикрепен към общ вал и свързан към системата с помощта на съединител.
В синхронните електрически генератори с ниска мощност намотката за възбуждане се захранва от изправен ток. В този случай електрическата верига се формира поради активирането на трансформаторите, включени в веригата на натоварване. Там е включен и полупроводников токоизправител. Основната електрическа верига включва:
- възбуждаща намотка;
- регулиращ реостат.
Основната характеристика на синхронния генератор е, че честотата на генерирания електрически ток е пропорционална на скоростта на ротора.
Асинхронни генератори на енергия
Дизайнът на асинхронните генератори е прост, но в същото време има най-лошите технически характеристики в сравнение със синхронните блокове - грешката в честотата може да достигне 4%, а по отношение на напрежението - до 10%. Освен това асинхронните генератори са критични за пусковия ток. Поради това се препоръчва да се управляват заедно със стабилизатори, а в някои случаи, например за плавно стартиране на електрически двигател, може да е необходим честотен преобразувател.
Инверторни генератори
Инверторен електрически генератор е конвенционален асинхронен генератор, на изхода на който е монтиран допълнителен стабилизатор на изходните параметри.
Той работи по следния начин: напрежението, генерирано от асинхронния генератор, постъпва в инвертора, където първо се коригира и след това от полученото постоянно напрежение се формират импулси с дадена честота и работен цикъл. На изхода на устройството тези импулси се преобразуват в синусоидално напрежение с почти идеални технически характеристики.
Задвижване на алтернатора
В домашна среда роторът на генератора се задвижва от двигатели с вътрешно горене (ICE), които работят на горива като бензин или дизел. В същото време експлоатационният живот на бензиновите генератори, оборудвани с двутактови двигатели с вътрешно горене, е около 500 часа годишно (не повече от 4 часа на ден); четиритактов ICE достига 5000 часа годишно.
Препоръчително е да използвате бензинови генератори за кратки прекъсвания на електрозахранването и / или за излизане в провинцията.
Дизеловите генератори са по-мощни и по-трайни от бензиновите генератори. Сред тях има модели с въздушно и течно охлаждане. Агрегатите с въздушно охлаждане се препоръчват за използване на места, където електричеството често се прекъсва за дълго време.
Използването на такива домакински устройства е изключително просто - трябва да налеете гориво в резервоара, да завъртите ключа, за да стартирате двигателя и да свържете товара. Техният контролен панел е снабден с всички необходими и интуитивни етикети и символи.
Дизеловите генератори с течно охлаждане са устройства от съвсем различна категория. Те могат да работят дни и нощи и се използват главно в предприятия като източници на резервно захранване.
Промишлените генератори, проектирани да генерират променлив ток и да го доставят на потребители на дълги разстояния, използвайки електропроводи за високо напрежение (PTL), работят чрез активиране на хидравлични или парни турбини. В такива агрегати роторният механизъм е свързан директно към турбинното колело.
Турбинните генератори се характеризират с висока мощност (до 100 000 kW) и са способни да генерират променлив ток с напрежение до 16 kV. В този случай дължината и диаметърът на ротора им могат да достигнат съответно 6,5 и 15 метра, а скоростта на въртене на последния е в диапазона 1500 ... 3000 об / мин. Такива единици се инсталират в отделни помещения върху специално подготвени бетонни основи.
Опции и възможности за домакински генератор
За по-лесно използване производителите оборудват своите продукти с редица полезни опции, сред които са:
- устройство за автоматично стартиране на блока в случай на прекъсване на електрозахранването;
- наличието на вграден RCD, който изключва устройството от електрическата мрежа в случай на повреда на изолацията и появата на ток на утечка;
- контрол на параметрите и тяхното показване на дисплея;
- защита от претоварване.
Когато към електрически генератор е свързан товар, чиято стойност ще бъде по-ниска от номиналната, агрегатът ще започне да „изяжда“ напразно част от течното гориво, не използвайки напълно своите възможности.
Няма да е излишно да имате специален шумопотискащ корпус, увеличен резервоар за гориво, корпус, който предпазва агрегата от въздействието на ниските температури и т.н.
Инсталационни характеристики
Потенциалният собственик на алтернатор преди покупката трябва да се погрижи за подготовката на място за неговото инсталиране. Независимо къде ще бъде инсталиран такъв уред, на закрито или на открито, той ще се нуждае от равна и здрава платформа. Инсталирането на електрически генератор на неравна земя ще увеличи вибрациите, което ще ускори износването на частите и може да доведе до отказ на скъпо устройство.
Когато инсталирате генератора на закрито, е важно да осигурите изпускателна вентилация. Освен това, по време на работа на блока, се препоръчва вратата на стаята да се остави отворена, което от своя страна ще изисква инсталирането на решетка на вратата, която блокира достъпа на външни лица и най-важното за децата до опасната зона.
Свържете генератора към електрическата мрежа в строго съответствие с изискванията, посочени в инструкциите за експлоатация. В този случай електрическият кабел трябва да бъде свързан след въвеждащата машина и електромера.
