Ein Stromgenerator ist ein Gerät zur Umwandlung nichtelektrischer Energiearten (chemisch, mechanisch, thermisch) in elektrische Energie. Darüber hinaus basiert sein Design auf der Anwendung des Prinzips der elektromagnetischen Induktion.
Das Funktionsprinzip und das Gerät der einfachsten Lichtmaschine
Elektromagnetische Induktion ist ein Phänomen, das 1831 von dem englischen Physiker Michael Faraday (1791–1867) entdeckt wurde, der entdeckte, dass beim Durchgang eines sich zeitlich ändernden magnetischen Flusses durch einen geschlossenen leitfähigen Kreis in diesem ein elektrischer Strom erzeugt wird. Dieses Prinzip liegt jedem Generator zugrunde.
In der Praxis wird das Prinzip der elektromagnetischen Induktion wie folgt umgesetzt: Ein elektrischer Strom entsteht in einem geschlossenen Rahmen (Rotor), wenn dieser von einem rotierenden Magnetfeld gekreuzt wird, das je nach Verwendungszweck und Bauart des Generators von Permanentmagneten oder speziellen . gebildet wird Erregerwicklungen. Wenn Sie den Rahmen drehen, ändert sich die Größe des magnetischen Flusses. Je schneller es sich dreht, desto höher ist die Ausgangsspannung.
1827 entdeckte der ungarische Physiker Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) diesen Effekt und nutzte ihn, um ein Originalmodell eines elektrischen Stromgenerators zu erstellen. Der Wissenschaftler glaubte jedoch, dass er berühmt sei, ließ seine Entdeckung jedoch nicht patentieren und kündigte die Entwicklung des ersten Dynamos erst 1850 an.
Um den elektrischen Strom abzuleiten, ist der Rahmen mit einem Stromabnehmer ausgestattet, der ihn in eine geschlossene Schleife verwandelt und einen ständigen Kontakt des rotierenden Rahmens mit den stationären Elementen des Generators gewährleistet. Die federbelasteten Bürsten werden gegen die Schleifringe gedrückt und somit der elektrische Strom an die Ausgangsklemmen des Generators geliefert.
Beim Drehen bewegen sich die Hälften des Rahmens nacheinander in der Nähe der Pole des Magneten. In diesem Fall erfolgt eine zyklische Änderung der Bewegungsrichtung des entstehenden Stroms - an jedem Pol bewegt sich der Strom in eine Richtung.
Je nach Auslegung des Kollektors kann der Generator sowohl Gleich- als auch Wechselstrom erzeugen.
- Bei Gleichstromgeneratoren gibt es für jede Wicklungshälfte in der Kollektorbaugruppe voneinander isolierte Halbringe. Dadurch, dass sich diese Halbringe mit Bürsten ständig ändern, ändert der Strom seine Richtung nicht, sondern pulsiert einfach.
- Bei Generatoren sind die Enden des Rahmens mit Schleifringen verbunden und diese gesamte Struktur dreht sich um ihre Achse. Wenn sich der Rahmen dreht, bilden die Bürsten, die jeweils eng an ihren eigenen Ring angrenzen, eine zuverlässige Ableitung. In diesem Fall erfolgt keine zyklische Änderung der Position der Bürsten.
Der rotierende Teil des Generators wird als Rotor und der stationäre Teil als Stator bezeichnet.
Das Funktionsprinzip von Wechsel- und Gleichstromgeneratoren ist identisch. Sie unterscheiden sich in der Ausführung der am rotierenden Rotor befindlichen Schleifringe und der Anordnung der Wicklungen.
Bei Wechselstromgeneratoren wird oft eine originelle technische Lösung verwendet, die darauf beruht, dass EMF in einem Leiter nicht nur auftritt, wenn er sich in einem Magnetfeld dreht, sondern auch wenn sich das Magnetfeld selbst relativ zu einem stationären Leiter dreht.
Dieser Effekt wird häufig von Entwicklern genutzt, die Elektro- oder Permanentmagnete auf einem rotierenden Rotor platzieren. In diesem Fall wird die Spannung von der stationär installierten Wicklung entfernt, wodurch komplexe Konstruktionen von Stromsammeleinheiten vermieden werden können.
Wechselstromgeneratoren
- konstruktive Leistung;
- Methode der Erregung;
- Anzahl der Phasen.
Je nach Anregungsmethode kann der Verbraucher auf Einheiten treffen:
- mit unabhängiger Erregung - die Erregerwicklung wird mit Gleichstrom von einer unabhängigen Stromquelle gespeist;
- mit Selbsterregung - ein gleichgerichteter Strom vom Generator selbst wird der Erregerwicklung zugeführt;
- bei Erregung durch Permanentmagnete - es gibt keine Erregerwicklung;
- mit Erregung durch den Erreger - ein Gleichstromgenerator mit geringer Leistung, der mit dem gewarteten Generator auf derselben Welle "sitzt".
Nach der Anzahl der Phasen sind elektrische Generatoren:
- einzelphase;
- zweiphasig;
- Drei Phasen.
In der Praxis sind Drehstromgeneratoren am gebräuchlichsten. Dies ist auf eine Reihe von Vorteilen zurückzuführen, die für diese Art von Aggregaten charakteristisch sind:
- Erzielung eines wirtschaftlichen Effekts bei der Entwicklung von Systemen zur Übertragung von Elektrizität über große Entfernungen - Reduzierung des Materialverbrauchs von Transformatoren und Stromkabeln; Dies wird durch das Vorhandensein eines kreisförmigen Magnetfelds erleichtert;
- erhöhte Lebensdauer, die das Gleichgewicht des Systems gewährleistet;
- gleichzeitige Nutzung von Netz- und Phasenspannung.
Konstruktiv hat ein Drehstromgenerator drei unabhängige Wicklungen, die im Stator in einem Kreis mit einem Versatz von 120° zueinander angeordnet sind. In diesem Fall ist jede Wicklung ein einphasiger Generator, der in der Lage ist, den Verbraucher R mit einer Wechselspannung zu versorgen. Eine solche einzelne Wicklung wird als "Phase" bezeichnet. Phasenwicklungen können durch "Delta" oder "Stern" verbunden werden.
Es gibt andere Schemata zum Verbinden der Wicklungen, beispielsweise das Sechsdraht-Tesla-System oder die Slavyanka-Verbindung (eine Kombination von sechs Wicklungen in Form eines "Sterns" und eines "Dreiecks"), die jedoch nicht weit verbreitet waren.
Die Rolle des Rahmens in Geräten, die Wechselstrom erzeugen, wird von einem Elektromagneten gespielt, der beim Drehen die in den Wicklungen induzierte Wechsel-EMK um ein Drittel eines Zyklus relativ zueinander verschiebt.
Unter den vielen Generatoren gibt es zwei Haupttypen ihrer Konstruktion: synchron und asynchron. Angesichts der großen Anzahl komplexer elektronischer Geräte, die von Mikroprozessoren gesteuert werden, ist in letzter Zeit eine neue Art von Stromgenerator aufgetaucht - der Wechselrichter.
Synchrone Stromgeneratoren
Ein Synchrongenerator besteht strukturell aus zwei Teilen - einem beweglichen Rotor und einem feststehenden Stator.
Wenn sich der Rotor dreht, bei dem es sich um einen Elektromagneten mit einem Kern und einer Erregerwicklung handelt, der über einen Bürstenmechanismus an eine externe Stromquelle angeschlossen ist, wird in der Statorwicklung eine EMF induziert, die an die Generatorausgangsklemmen gespeist wird. Diese Konstruktion macht Schleifkontakte überflüssig, was die Konstruktion der Einheit stark vereinfacht. Zunächst wird der magnetische Fluss von einem Fremderreger erregt, der auf einer gemeinsamen Welle befestigt und über eine Kupplung mit dem System verbunden ist.
Bei Synchrongeneratoren mit geringer Leistung wird die Erregerwicklung durch gleichgerichteten Strom gespeist. In diesem Fall wird der Stromkreis durch die Aktivierung der im Lastkreis enthaltenen Transformatoren gebildet. Dort ist auch ein Halbleitergleichrichter enthalten. Der Hauptstromkreis umfasst:
- Erregerwicklung;
- Regelwiderstand einstellen.
Das Hauptmerkmal eines Synchrongenerators besteht darin, dass die Frequenz des erzeugten elektrischen Stroms proportional zur Rotordrehzahl ist.
Asynchrone Stromgeneratoren
Die Konstruktion von Asynchrongeneratoren ist einfach, hat aber gleichzeitig die schlechtesten technischen Eigenschaften im Vergleich zu Synchroneinheiten - der Frequenzfehler kann 4% und in Bezug auf die Spannung bis zu 10% betragen. Außerdem sind Asynchrongeneratoren kritisch für den Anlaufstrom. Daher empfiehlt es sich, sie in Verbindung mit Stabilisatoren zu betreiben, und in manchen Fällen, beispielsweise für einen Sanftanlauf eines Elektromotors, kann ein Frequenzumrichter erforderlich sein.
Wechselrichter-Generatoren
Ein Wechselrichter-Stromgenerator ist ein herkömmlicher Asynchrongenerator, an dessen Ausgang ein zusätzlicher Stabilisator der Ausgangsparameter installiert ist.
Es funktioniert wie folgt: Die vom Asynchrongenerator erzeugte Spannung gelangt in den Wechselrichter, wo sie zunächst gleichgerichtet wird, und dann werden aus der erhaltenen konstanten Spannung Impulse einer bestimmten Frequenz und eines Tastverhältnisses gebildet. Am Ausgang des Gerätes werden diese Impulse in eine sinusförmige Spannung mit nahezu idealen technischen Eigenschaften umgewandelt.
Generatorantrieb
In einer häuslichen Umgebung wird der Generatorrotor von Verbrennungsmotoren (ICEs) angetrieben, die mit Kraftstoffen wie Benzin oder Diesel betrieben werden. Gleichzeitig beträgt die Lebensdauer von Benzingeneratoren mit Zweitakt-Verbrennungsmotoren etwa 500 Stunden pro Jahr (nicht mehr als 4 Stunden pro Tag); Viertakt-ICE erreicht 5000 Stunden pro Jahr.
Für kurze Stromausfälle und / oder für Ausflüge ins Grüne empfiehlt sich der Einsatz von Benzingeneratoren.
Dieselgeneratoren sind leistungsstärker und langlebiger als Benzingeneratoren. Darunter befinden sich Modelle mit Luft- und Flüssigkeitskühlung. Luftgekühlte Geräte werden für den Einsatz an Orten empfohlen, an denen der Strom oft für längere Zeit ausfällt.
Die Verwendung solcher Haushaltsgeräte ist äußerst einfach - Sie müssen Kraftstoff in den Tank einfüllen, den Schlüssel drehen, um den Motor zu starten und die Last anschließen. Ihr Bedienfeld ist mit allen notwendigen und intuitiven Beschriftungen und Symbolen versehen.
Flüssigkeitsgekühlte Dieselstromgeneratoren sind Geräte einer ganz anderen Kategorie. Sie sind tage- und nächtetauglich und werden hauptsächlich in Unternehmen als Notstromquelle eingesetzt.
Industrielle Generatoren, die über Hochspannungsleitungen (PTL) Wechselstrom erzeugen und Verbraucher über weite Strecken versorgen sollen, arbeiten durch den Antrieb von Hydraulik- oder Dampfturbinen. Bei solchen Einheiten ist der Rotormechanismus direkt mit dem Turbinenrad verbunden.
Turbinenstromgeneratoren zeichnen sich durch eine hohe Leistung (bis 100.000 kW) aus und können Wechselstrom mit einer Spannung von bis zu 16 kV erzeugen. In diesem Fall können die Länge und der Durchmesser ihres Rotors 6,5 bzw. 15 Meter erreichen, und die Rotationsgeschwindigkeit des letzteren liegt im Bereich von 1500 ... 3000 U / min. Solche Einheiten werden in separaten Räumen auf speziell vorbereiteten Betonsockeln installiert.
Haushaltsgeneratoroptionen und -funktionen Cap
Für eine einfache Handhabung statten die Hersteller ihre Produkte mit einer Reihe nützlicher Optionen aus, darunter:
- Vorrichtung zum automatischen Starten des Gerätes bei Stromausfall;
- das Vorhandensein eines eingebauten RCD, der das Gerät im Falle eines Isolationsdurchschlags und des Auftretens eines Leckstroms vom Netz trennt;
- Kontrolle von Parametern und deren Anzeige auf dem Display;
- Überspannungschutz.
Wenn eine Last an einen Stromgenerator angeschlossen wird, dessen Wert niedriger als der Nennwert ist, beginnt das Gerät, einen Teil des flüssigen Brennstoffs vergeblich zu "fressen", und nutzt seine Fähigkeiten nicht vollständig aus.
Ein spezielles geräuschdämpfendes Gehäuse, ein vergrößerter Kraftstofftank, ein Gehäuse, das das Gerät vor den Auswirkungen niedriger Temperaturen schützt usw., wird nicht überflüssig sein.
Installationsfunktionen
Der potentielle Besitzer einer Lichtmaschine sollte sich vor dem Kauf darum kümmern, einen Platz für ihre Installation vorzubereiten. Unabhängig davon, wo ein solches Gerät im Innen- oder Außenbereich installiert werden soll, benötigt es eine flache und solide Plattform. Die Installation eines Stromgenerators auf unebenem Boden erhöht die Vibrationen, was den Verschleiß von Teilen beschleunigt und zum Ausfall eines teuren Geräts führen kann.
Bei der Installation des Generators in Innenräumen ist es wichtig, für Absaugung zu sorgen. Darüber hinaus wird empfohlen, während des Betriebs des Geräts die Tür des Raums offen zu lassen, was wiederum die Installation eines Gitters in der Türöffnung erfordert, das Außenstehenden und vor allem Kindern den Zugang zum Gefahrenbereich versperrt.
Schließen Sie den Generator streng nach den Anforderungen der Betriebsanleitung an das Stromnetz an. In diesem Fall muss das Elektrokabel nach der Einführungsmaschine und dem Stromzähler angeschlossen werden.
