En elektrisk strømgenerator er en enhed designet til at konvertere ikke-elektriske energityper (kemisk, mekanisk, termisk) til elektrisk energi. Desuden er dets design baseret på brugen af princippet om elektromagnetisk induktion.
Driftsprincippet og enheden til den enkleste generator
Elektromagnetisk induktion er et fænomen, der blev opdaget i 1831 af den engelske fysiker Michael Faraday (1791-1867), der opdagede, at når en tidsvarierende magnetisk flux passerer gennem et lukket ledende kredsløb, genereres en elektrisk strøm i sidstnævnte. Det er dette princip, der ligger til grund for enhver generator.
I praksis implementeres princippet om elektromagnetisk induktion som følger: en elektrisk strøm opstår i en lukket ramme (rotor), når den krydses af et roterende magnetfelt dannet, afhængigt af generatorens formål og design, af permanente magneter eller specielle excitationsviklinger. Når du roterer rammen, ændres størrelsen på den magnetiske flux. Jo hurtigere det drejer, jo højere er udgangsspændingen.
I 1827 opdagede den ungarske fysiker Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) denne effekt og brugte den til at skabe en original model af en elektrisk strømgenerator. Imidlertid troede det, at det var berømt, patenterede ikke hans opdagelse og meddelte oprettelsen af den første dynamo først i 1850.
For at dræne den elektriske strøm er rammen udstyret med en strømopsamler, der omdanner den til en lukket sløjfe og sikrer konstant kontakt mellem den roterende ramme og generatorens stationære elementer. De fjederbelastede børster presses mod samlerringene, og dermed tilføres den elektriske strøm til generatorens udgangsterminaler.
Roterende, halvdelene af rammen passerer successivt nær magnetens poler. I dette tilfælde forekommer en cyklisk ændring i bevægelsesretningen for den nye strøm - ved hver pol bevæger strømmen sig i en retning.
Afhængig af kollektorens design kan generatoren producere både jævnstrøm og vekselstrøm.
- I jævnstrømsgeneratorer er der for hver halvdel af viklingen i kollektorenheden halvringe ringe isoleret fra hinanden. På grund af det faktum, at disse halvringe konstant skifter med børster, ændrer strømmen ikke sin retning, men pulserer simpelthen.
- I generatorer er rammens ender bundet til glidende ringe, og hele denne struktur roterer omkring sin akse. Når rammen roterer, tilvejebringer børsterne, som hver ligger tæt ved sin egen ring, en pålidelig nedleder. I dette tilfælde er der ingen cyklisk ændring i børsternes position.
Den roterende del af generatoren kaldes rotoren, og den stationære del kaldes statoren.
Princippet om drift af vekselstrøms- og jævnstrømsgeneratorer er identisk. De adskiller sig fra hinanden i udformningen af glideringe, der er placeret på den roterende rotor og viklingernes konfiguration.
I generatorer anvendes ofte en original teknisk løsning baseret på det faktum, at EMF forekommer i en leder ikke kun når den roterer i et magnetfelt, men også når magnetfeltet selv roterer i forhold til en stationær leder.
Denne effekt bruges i vid udstrækning af udviklere, der placerer elektriske eller permanente magneter på en roterende rotor. I dette tilfælde fjernes spændingen fra den stationære installerede vikling, hvilket gør det muligt at slippe af med komplekse designs af strømopsamlingsenheder.
Vekselstrømsgeneratorer
- konstruktiv præstation;
- metode til spænding;
- antal faser.
Ifølge excitationsmetoden kan forbrugeren støde på enheder:
- med uafhængig excitation - excitationsviklingen drives af jævnstrøm fra en uafhængig strømkilde;
- med selv excitation - en ensrettet strøm fra selve generatoren tilføres til excitationsviklingen;
- med excitation fra permanente magneter - der er ingen excitationsvikling;
- med excitering fra excitatoren - en jævnstrømsgenerator med lav effekt, der "sidder" på samme aksel med generatoren, der serviceres.
Efter antallet af faser er elektriske generatorer:
- enkelt fase;
- bifasisk;
- tre-fase.
I praksis er trefasegeneratorer de mest almindelige. Dette skyldes en række fordele, der er karakteristiske for denne type aggregater:
- opnåelse af en økonomisk effekt i udviklingen af systemer til transmission af elektricitet over lange afstande - reducering af materialeforbruget til transformatorenheder og strømledninger; Dette letter ved tilstedeværelsen af et cirkulært magnetfelt;
- øget levetid, som sikrer balance i systemet
- samtidig brug af linje- og fasespænding.
Strukturelt har en trefaset elektrisk generator tre uafhængige viklinger placeret i statoren i en cirkel med en forskydning på 120 ° i forhold til hinanden. I dette tilfælde er hver vikling en enkeltfasegenerator, som er i stand til at levere en skiftevis spænding til forbrugeren R. En sådan enkelt vikling kaldes "fase". Faseviklinger kan være forbundet med "delta" eller "stjerne".
Der er andre ordninger til at forbinde viklingerne, for eksempel det seks-leder Tesla-system eller Slavyanka-forbindelsen (en kombination af seks viklinger i form af en "stjerne" og en "trekant"), men de blev ikke brugt i vid udstrækning.
Rammens rolle i enheder, der genererer vekselstrøm, spilles af en elektromagnet, der, mens den roterer, forskyder den alternerende EMF, der er induceret i viklingerne, med en tredjedel af en cyklus i forhold til hinanden.
Blandt de mange generatorer er der to hovedtyper af deres design: synkron og asynkron. For nylig, i betragtning af det store antal komplekse elektroniske enheder, der styres af mikroprocessorer, er der kommet en ny type elektrisk generator - inverter.
Synkron kraftgeneratorer
En synkron generator er strukturelt sammensat af to dele - en bevægelig rotor og en fast stator.
Når rotoren roterer, som er en elektromagnet med en kerne og en excitationsvikling, forbundet til en ekstern strømkilde ved hjælp af en børstemekanisme, induceres en EMF i statorviklingen, der føres til generatorens udgangsterminaler. Dette design eliminerer behovet for glidende kontakter, hvilket i høj grad forenkler enhedens design. Oprindeligt exciteres den magnetiske flux fra en tredjeparts exciter, der er fastgjort til en fælles aksel og forbundet til systemet ved hjælp af en kobling.
I synkrone elektriske generatorer med lav effekt er exciteringsviklingen drevet af ensrettet strøm. I dette tilfælde dannes det elektriske kredsløb på grund af aktivering af transformatorerne inkluderet i belastningskredsløbet. En halvleder ensretter er også inkluderet der. Det vigtigste elektriske kredsløb inkluderer:
- excitationsvikling;
- justering af reostat.
Hovedfunktionen ved en synkron generator er, at frekvensen af den genererede elektriske strøm er proportional med rotorhastigheden.
Asynkrone kraftgeneratorer
Designet af asynkrone generatorer er simpelt, men samtidig har det de værste tekniske egenskaber i sammenligning med synkrone enheder - fejlfrekvensen kan nå 4% og med hensyn til spænding - op til 10%. Derudover er asynkrone generatorer afgørende for startstrømmen. Derfor anbefales det at betjene dem sammen med stabilisatorer, og i nogle tilfælde kan det f.eks. Være nødvendigt med en frekvensomformer til en blød start af en elektrisk motor.
Invertergeneratorer
En inverter elektrisk generator er en konventionel asynkron generator, hvis output er installeret med en ekstra stabilisator af outputparametre.
Det fungerer som følger: den spænding, der genereres af den asynkrone generator, kommer ind i inverteren, hvor den først udbedres, og derefter dannes impulser af en given frekvens og driftscyklus ud fra den opnåede konstante spænding. Ved enhedens output konverteres disse impulser til en sinusformet spænding med næsten ideelle tekniske egenskaber.
Generator drev
I et hjemmemiljø drives generatorrotoren af forbrændingsmotorer (ICE'er), der kører på brændstoffer såsom benzin eller diesel. Samtidig er levetiden for benzingeneratorer udstyret med totakts forbrændingsmotorer ca. 500 timer om året (højst 4 timer om dagen); firetakts ICE når 5000 timer om året.
Det anbefales at bruge benzingeneratorer til korte strømafbrydelser og / eller til at gå ud på landet.
Dieselgeneratorer er mere kraftfulde og mere holdbare end benzingeneratorer. Blandt dem er der modeller med luft- og væskekøling. Luftkølede enheder anbefales til brug på steder, hvor elektricitet ofte afbrydes i lang tid.
Det er ekstremt enkelt at bruge sådanne husholdningsapparater - du skal fylde brændstof i tanken, dreje nøglen for at starte motoren og tilslutte lasten. Deres kontrolpanel er forsynet med alle de nødvendige og intuitive etiketter og symboler.
Væskekølet dieselgeneratorer er enheder i en helt anden kategori. De er i stand til at arbejde i dage og nætter og bruges hovedsageligt i virksomheder som kilder til backupkraft.
Industrielle generatorer, der er designet til at generere vekselstrøm og levere den til forbrugere over lange afstande ved hjælp af højspændingsledninger (PTL), fungerer ved at aktivere hydrauliske eller dampturbiner. I sådanne enheder er rotormekanismen forbundet direkte til turbinehjulet.
Turbine-generatorer er karakteriseret ved høj effekt (op til 100.000 kW) og er i stand til at generere vekselstrøm med spænding op til 16 kV. I dette tilfælde kan længden og diameteren af deres rotor nå henholdsvis 6,5 og 15 meter, og sidstnævntes rotationshastighed er i området 1500 ... 3000 omdr./min. Sådanne enheder installeres i separate rum på specielt forberedte betonbaser.
Husholdningsgeneratormuligheder og kapaciteter
For at gøre det nemmere at bruge udstyrer producenterne deres produkter med en række nyttige muligheder, herunder:
- enhed til automatisk start af enheden i tilfælde af strømafbrydelse;
- tilstedeværelsen af en indbygget RCD, der afbryder enheden fra lysnettet i tilfælde af isolationsnedbrud og udseendet af en lækstrøm;
- kontrol af parametre og deres visning på displayet;
- beskyttelse mod overbelastning.
Når en last er tilsluttet en elektrisk generator, hvis værdi vil være lavere end den nominelle, begynder enheden forgæves at "spise" en del af det flydende brændstof uden fuldt ud at udnytte dets evner.
Det vil ikke være overflødigt at have et specielt støjdæmpende hus, en forstørret brændstoftank, et hus, der beskytter enheden mod virkningen af lave temperaturer osv.
Installationsfunktioner
Den potentielle ejer af en generator inden køb skal sørge for at forberede et sted til installationen. Uanset hvor en sådan enhed installeres, indendørs eller udendørs, skal den have en flad og solid platform. Installation af en elektrisk generator på ujævn grund øger vibrationerne, hvilket vil fremskynde slid på dele og kan medføre, at en dyr enhed svigter.
Når du installerer generatoren indendørs, er det vigtigt at sørge for udsugningsventilation. Derudover anbefales det under driften af enheden at lade døren til rummet være åben, hvilket igen vil kræve installation af en rist i døråbningen, der blokerer udenforstående og vigtigst af alt børn, adgang til farezonen.
Tilslut generatoren til lysnettet i nøje overensstemmelse med kravene i betjeningsvejledningen. I dette tilfælde skal det elektriske kabel forbindes efter introduktionsmaskinen og den elektriske måler.
