Generátor elektrického proudu je zařízení určené k přeměně neelektrických druhů energie (chemické, mechanické, tepelné) na elektrickou energii. Jeho konstrukce je navíc založena na použití principu elektromagnetické indukce.
Princip činnosti a zařízení nejjednoduššího alternátoru
Elektromagnetická indukce je jev, který objevil v roce 1831 anglický fyzik Michael Faraday (1791-1867), který zjistil, že když časově proměnný magnetický tok prochází uzavřeným vodivým obvodem, generuje se v něm elektrický proud. Právě tento princip je základem každého generátoru.
V praxi je princip elektromagnetické indukce implementován následovně: elektrický proud vzniká v uzavřeném rámu (rotoru), když je protínán rotujícím magnetickým polem tvořeným v závislosti na účelu a konstrukci generátoru permanentními magnety nebo speciálními budicí vinutí. Když se rám otáčí, hodnota magnetického toku se mění. Čím rychleji se točí, tím vyšší je výstupní napětí.
V roce 1827 maďarský fyzik Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) objevil tento efekt a použil jej k vytvoření originálního modelu generátoru elektrického proudu. Vědec, který věřil, že je dobře známý, si svůj objev patentoval a oznámil vytvoření prvního dynama až v roce 1850.
Pro odvod elektrického proudu je rám vybaven sběračem proudu, který jej přemění na uzavřenou smyčku a zajišťuje stálý kontakt rotujícího rámu se stacionárními prvky generátoru. Pružinové kartáče jsou přitlačeny na kolektorové kroužky a tím je elektrický proud dodáván na výstupní svorky generátoru.
Pootočením poloviny rámu postupně procházejí poblíž pólů magnetu. V tomto případě dochází k cyklické změně směru pohybu vznikajícího proudu - na každém pólu se proud pohybuje jedním směrem.
V závislosti na konstrukci kolektoru může generátor generovat stejnosměrný i střídavý proud.
- V generátorech stejnosměrného proudu jsou pro každou polovinu vinutí v sestavě kolektoru navzájem izolované půlkruhy. Vzhledem k tomu, že se tyto půlkruhy neustále mění pomocí kartáčů, proud nemění svůj směr, ale jednoduše pulzuje.
- V alternátorech jsou konce rámu vázány na sběrací kroužky a celá konstrukce se otáčí kolem své osy. Když se rám otáčí, kartáče, z nichž každý těsně sousedí s vlastním prstencem, poskytují spolehlivý dolní vodič. V tomto případě nedochází k cyklickým změnám polohy kartáčů.
Rotující část generátoru se nazývá rotor a stacionární část se nazývá stator.
Princip činnosti generátorů střídavého a stejnosměrného proudu je identický. Liší se navzájem konstrukcí sběracích kroužků umístěných na rotujícím rotoru a konfigurací vinutí.
V alternátorech se často používá originální technické řešení, založené na skutečnosti, že EMF se vyskytuje ve vodiči nejen když se otáčí v magnetickém poli, ale také když se magnetické pole samo otáčí vzhledem ke stacionárnímu vodiči.
Tento efekt široce využívají vývojáři, kteří umisťují elektrické nebo permanentní magnety na rotující rotor. V tomto případě je napětí odstraněno ze stacionárního instalovaného vinutí, což umožňuje zbavit se složitých návrhů jednotek sběru proudu.
Generátory střídavého proudu
- konstruktivní výkon;
- způsob vzrušení;
- počet fází.
Podle způsobu buzení se spotřebitel může setkat s jednotkami:
- s nezávislým buzením - budicí vinutí je napájeno stejnosměrným proudem z nezávislého zdroje energie;
- s vlastním buzením - do budicího vinutí je dodáván usměrněný proud ze samotného generátoru;
- s buzením z permanentních magnetů - není budicí vinutí;
- s buzením z budiče - nízkoenergetický stejnosměrný generátor, „sedící“ na stejné hřídeli s obsluhovaným generátorem.
Podle počtu fází jsou elektrické generátory:
- jednofázový;
- dvoufázový;
- třífázový.
V praxi jsou nejběžnější třífázové alternátory. To je způsobeno řadou výhod charakteristických pro tento typ agregátů:
- získání ekonomického efektu ve vývoji systémů pro přenos elektřiny na velké vzdálenosti - snížení spotřeby materiálu transformátorových zařízení a napájecích vodičů; To je usnadněno přítomností kruhového magnetického pole;
- prodloužená životnost, která zajišťuje vyváženost systému;
- současné použití síťového a fázového napětí.
Konstrukčně má třífázový elektrický generátor tři nezávislá vinutí umístěná ve statoru v kruhu s přesazením 120 ° vůči sobě navzájem. V tomto případě je každé vinutí jednofázový generátor, který je schopen dodávat střídavé napětí do spotřebiče R. Takové jedno vinutí se nazývá „fáze“. Fázová vinutí lze propojit pomocí „delty“ nebo „hvězdy“.
Existují i další schémata pro připojení vinutí, například šestivodičový systém Tesla nebo připojení Slavyanka (kombinace šesti vinutí ve formě jedné „hvězdy“ a jednoho „trojúhelníku“), ale nebyly široce používány.
Role rámu v zařízeních, která generují střídavý proud, hraje elektromagnet, který, když se otáčí, posune střídavý EMF indukovaný ve vinutí o třetinu cyklu vůči sobě navzájem.
Mezi mnoha alternátory existují dva hlavní typy jejich designu: synchronní a asynchronní. Nedávno, vzhledem k velkému počtu složitých elektronických zařízení řízených mikroprocesory, se objevil nový typ elektrického generátoru - invertor.
Synchronní generátory energie
Synchronní alternátor je konstrukčně složen ze dvou částí - pohyblivého rotoru a pevného statoru.
Když se rotor otáčí, což je elektromagnet s jádrem a budicím vinutím, připojený k externímu zdroji energie pomocí kartáčového mechanismu, indukuje se ve vinutí statoru EMF, který se přivádí na výstupní svorky generátoru. Tato konstrukce eliminuje potřebu posuvných kontaktů, což výrazně zjednodušuje konstrukci jednotky. Zpočátku je magnetický tok buzen z budiče třetí strany připojeného ke společnému hřídeli a připojeného k systému pomocí spojky.
V synchronních elektrických generátorech s nízkým výkonem je budicí vinutí napájeno usměrněným proudem. V tomto případě je elektrický obvod vytvořen v důsledku aktivace transformátorů zahrnutých v zatěžovacím obvodu. Součástí je také polovodičový usměrňovač. Hlavní elektrický obvod zahrnuje:
- budicí vinutí;
- seřizovací reostat.
Hlavním rysem synchronního generátoru je to, že frekvence generovaného elektrického proudu je úměrná rychlosti rotoru.
Asynchronní generátory energie
Konstrukce asynchronních generátorů je jednoduchá, ale zároveň má nejhorší technické vlastnosti ve srovnání se synchronními jednotkami - chyba frekvence může dosáhnout 4%, a pokud jde o napětí - až 10%. Asynchronní generátory jsou navíc rozhodující pro počáteční proud. Proto se doporučuje provozovat je ve spojení se stabilizátory a v některých případech, například pro pozvolný rozběh elektrického motoru, může být zapotřebí frekvenční měnič.
Generátory střídače
Invertorový elektrický generátor je běžný asynchronní generátor, na jehož výstupu je instalován další stabilizátor výstupních parametrů.
Funguje to následovně: napětí generované asynchronním generátorem vstupuje do měniče, kde je nejprve usměrněno, a poté se ze získaného konstantního napětí vytvářejí pulsy dané frekvence a pracovního cyklu. Na výstupu zařízení se tyto impulsy převádějí na sinusové napětí s téměř ideálními technickými vlastnostmi.
Pohon alternátoru
V domácím prostředí je rotor generátoru poháněn spalovacími motory (ICE), které pracují na paliva, jako je benzín nebo nafta. Současně je životnost benzínových generátorů vybavených dvoutaktními spalovacími motory přibližně 500 hodin ročně (ne více než 4 hodiny denně); čtyřtaktní ICE dosahuje 5 000 hodin ročně.
Doporučujeme používat benzínové generátory pro krátké výpadky proudu a / nebo pro výstup na venkov.
Naftové generátory jsou výkonnější a odolnější než benzínové generátory. Mezi nimi jsou modely se vzduchovým a kapalným chlazením. Vzduchem chlazené jednotky se doporučují používat na místech, kde je často po dlouhou dobu přerušena dodávka elektřiny.
Používání těchto domácích zařízení je extrémně jednoduché - musíte doplnit palivo do nádrže, otočit klíčem, nastartovat motor a připojit náklad. Jejich ovládací panel je vybaven všemi potřebnými a intuitivními štítky a symboly.
Kapalinou chlazené dieselové generátory jsou zařízení zcela jiné kategorie. Jsou schopné pracovat ve dne i v noci a používají se hlavně v podnicích jako zdroje záložního napájení.
Průmyslové generátory určené ke generování střídavého proudu a jeho dodávání spotřebitelům na velké vzdálenosti pomocí vedení vysokého napětí (PTL) pracují aktivací hydraulických nebo parních turbín. V takových jednotkách je rotorový mechanismus připojen přímo k turbínovému kolu.
Turbínové generátory se vyznačují vysokým výkonem (až 100 000 kW) a jsou schopné generovat střídavý proud s napětím do 16 kV. V tomto případě může délka a průměr jejich rotoru dosáhnout 6,5 respektive 15 metrů a rychlost otáčení druhého rotoru je v rozmezí 1 500 ... 3 000 ot./min. Tyto jednotky jsou instalovány v samostatných místnostech na speciálně připravených betonových základech.
Možnosti a možnosti generátoru domácnosti
Pro snadné použití výrobci vybavují své výrobky řadou užitečných možností, mezi které patří:
- zařízení pro automatické spuštění jednotky v případě výpadku proudu;
- přítomnost vestavěného RCD, který odpojí zařízení od sítě v případě poruchy izolace a výskytu svodového proudu;
- ovládání parametrů a jejich zobrazení na displeji;
- ochrana proti přetížení.
Když je zátěž připojena k elektrickému generátoru, jehož hodnota bude nižší než jmenovitá, jednotka začne marně „sžírat“ část kapalného paliva, aniž by plně využívala své schopnosti.
Nebude nadbytečné mít v dodávce nastavenou speciální skříň potlačující hluk, zvětšenou palivovou nádrž, skříň chránící jednotku před účinky nízkých teplot atd.
Instalační funkce
Potenciální vlastník alternátoru by se před zakoupením měl postarat o přípravu místa pro jeho instalaci. Bez ohledu na to, kde bude taková jednotka instalována, uvnitř nebo venku, bude potřebovat rovnou a pevnou platformu. Instalace elektrického generátoru na nerovném povrchu zvýší vibrace, které urychlí opotřebení dílů a mohou způsobit poruchu drahého zařízení.
Při instalaci generátoru uvnitř je důležité zajistit odvětrávání. Kromě toho se během provozu jednotky doporučuje nechat dveře místnosti otevřené, což zase vyžaduje instalaci roštu ve dveřích, který blokuje přístup cizinců a hlavně dětí do nebezpečné zóny.
Připojte generátor k síti přesně podle požadavků stanovených v návodu k obsluze. V tomto případě musí být elektrický kabel připojen za zaváděcím strojem a elektroměrem.
