Generator električne struje je uređaj namijenjen pretvaranju neelektričnih vrsta energije (kemijske, mehaničke, toplinske) u električnu energiju. Štoviše, njegov se dizajn temelji na uporabi principa indukcije elektromagneta.
Načelo rada i uređaj najjednostavnijeg alternatora
Elektromagnetska indukcija fenomen je koji je 1831. otkrio engleski fizičar Michael Faraday (1791-1867) koji je otkrio da kada magnetski tok koji varira u vremenu prolazi kroz zatvoreni vodljivi krug, u njemu se stvara električna struja. Upravo je taj princip temelj svakog generatora.
U praksi se princip elektromagnetske indukcije provodi na sljedeći način: električna struja nastaje u zatvorenom okviru (rotoru) kada je presijeca rotacijsko magnetsko polje nastalo, ovisno o namjeni i izvedbi generatora, trajnim magnetima ili posebnim uzbudni namoti. Kad se okvir okrene, vrijednost magnetskog toka se mijenja. Što se brže vrti, veći je izlazni napon.
1827. godine mađarski fizičar Anjos Istvan Jedlik (1800.-1895.) Otkrio je taj efekt i iskoristio ga za stvaranje izvornog modela generatora električne struje. Međutim, vjerujući da je dobro poznato, znanstvenik nije patentirao svoje otkriće i najavio je stvaranje prvog dinara tek 1850. godine.
Za odvod električne struje okvir je opremljen kolektorom struje koji ga pretvara u zatvorenu petlju i osigurava stalni kontakt rotirajućeg okvira sa nepokretnim elementima generatora. Opružne četke pritisnute su na kolektorske prstenove i tako se električna struja dovodi na izlazne stezaljke generatora.
Rotirajući se, polovice okvira uzastopno prolaze u blizini polova magneta. U tom se slučaju događa ciklična promjena smjera kretanja struje koja se pojavljuje - na svakom se polu struja kreće u jednom smjeru.
Ovisno o izvedbi kolektora, generator može proizvoditi i jednosmjernu i izmjeničnu struju.
- U istosmjernim generatorima, za svaku polovicu namota u kolektorskom sklopu, postoje međusobno izolirani polovični prstenovi. Zbog činjenice da se ti poluprstenovi neprestano mijenjaju četkama, struja ne mijenja svoj smjer, već jednostavno pulsira.
- U alternatorima su krajevi okvira vezani za klizne prstenove i cijela se konstrukcija okreće oko svoje osi. Kad se okvir okreće, četke, od kojih je svaka u blizini svog prstena, pružaju pouzdan donji vodič. U ovom slučaju nema cikličke promjene položaja četkica.
Rotirajući dio generatora naziva se rotor, a nepokretni dio naziva se stator.
Princip rada izmjeničnih i istosmjernih generatora električne energije je identičan. Međusobno se razlikuju u dizajnu kliznih prstenova smještenih na rotirajućem rotoru i konfiguraciji namota.
U alternatorima se često koristi izvorno tehničko rješenje, koje se temelji na činjenici da se EMF javlja u vodiču ne samo kad se okreće u magnetskom polju, već i kad se samo magnetsko polje okreće u odnosu na stacionarni vodič.
Ovaj efekt naširoko koriste programeri koji postavljaju električne ili trajne magnete na rotirajući rotor. U tom se slučaju napon uklanja sa stacionarno instaliranog namota, što omogućuje uklanjanje složenih dizajna jedinica za prikupljanje struje.
Generatori izmjenične struje
- konstruktivna izvedba;
- metoda uzbuđenja;
- broj faza.
Prema metodi pobude, potrošač može naići na jedinice:
- s neovisnim pobuđivanjem - uzbudni namot napaja se istosmjernom strujom iz neovisnog izvora napajanja;
- sa samopobuđivanjem - ispravljena struja iz samog generatora dovodi se na namot uzbude;
- uz pobudu od trajnih magneta - nema namota uzbude;
- uz pobudu od pobuđivača - istosmjernog generatora male snage, koji "sjedi" na istoj osovini s servisiranim generatorom.
Po broju faza električni generatori su:
- jednofazni;
- dvofazan;
- tri faze.
U praksi su najčešći trofazni alternatori. To je zbog niza prednosti karakterističnih za ovu vrstu agregata:
- dobivanje ekonomskog učinka u razvoju sustava za prijenos električne energije na velike udaljenosti - smanjenje potrošnje materijala transformatorskih uređaja i električnih žica; To je olakšano prisutnošću kružnog magnetskog polja;
- povećani vijek trajanja, koji osigurava ravnotežu sustava;
- istovremeno korištenje linijskog i faznog napona.
Strukturno, trofazni električni generator ima tri neovisna namota smještena u statoru u krugu s međusobnim pomicanjem od 120 °. U ovom je slučaju svaki namot jednofazni generator koji je sposoban napajati izmjenični napon potrošaču R. Takav se jedan namot naziva "faza". Fazni namoti mogu biti međusobno povezani "delta" ili "zvijezdom".
Postoje i druge sheme za povezivanje namota, na primjer, šestožični Teslin sustav ili spoj Slavyanka (kombinacija šest namota u obliku jedne "zvijezde" i jednog "trokuta"), ali nisu bile široko korištene.
Ulogu okvira u uređajima koji generiraju izmjeničnu struju igra elektromagnet koji, dok rotira, istjeruje izmjenični EMF induciran u namotima za trećinu ciklusa jedan prema drugom.
Među mnogim alternatorima postoje dvije glavne vrste njihova dizajna: sinkroni i asinkroni. Nedavno se, s obzirom na velik broj složenih elektroničkih uređaja kojima upravljaju mikroprocesori, pojavio novi tip električnog generatora - inverter.
Sinkroni generatori energije
Sinkroni alternator strukturno je sastavljen od dva dijela - pokretnog rotora i fiksnog statora.
Kad se rotor okreće, a to je elektromagnet s jezgrom i pobudnim namotom, povezan s vanjskim izvorom napajanja pomoću mehanizma četke, u namotu statora inducira se EMR koji se dovodi na izlazne stezaljke generatora. Ovaj dizajn eliminira potrebu za kliznim kontaktima, što uvelike pojednostavljuje dizajn jedinice. U početku se magnetski tok pobuđuje iz pobuđivača treće strane pričvršćenog na zajedničko vratilo i spojenog na sustav pomoću spojnice.
U sinkronim električnim generatorima male snage, namot uzbude napaja se ispravljenom strujom. U tom slučaju električni krug nastaje uslijed aktiviranja transformatora uključenih u krug opterećenja. Tu je uključen i poluvodički ispravljač. Glavni električni krug uključuje:
- uzbudni namot;
- podešavanje reostata.
Glavna značajka sinkronog generatora je da je frekvencija generirane električne struje proporcionalna brzini rotora.
Asinkroni generatori energije
Dizajn asinkronih generatora jednostavan je, ali istodobno ima najgore tehničke karakteristike u usporedbi sa sinkronim jedinicama - pogreška u frekvenciji može doseći 4%, a u pogledu napona - do 10%. Uz to, asinkroni generatori su presudni za početnu struju. Stoga se preporuča raditi s njima zajedno sa stabilizatorima, au nekim slučajevima, na primjer, za lagani start elektromotora, može biti potreban pretvarač frekvencije.
Generatori pretvarača
Inverterski električni generator je konvencionalni asinkroni generator, na čiji je izlaz ugrađen dodatni stabilizator izlaznih parametara.
Radi na sljedeći način: napon koji generira asinkroni generator ulazi u pretvarač, gdje se prvo ispravlja, a zatim se od dobivenog stalnog napona formiraju impulsi zadane frekvencije i radnog ciklusa. Na izlazu uređaja, ti se impulsi pretvaraju u sinusni napon s gotovo idealnim tehničkim karakteristikama.
Pogon alternatora
U domaćem okruženju rotor generatora pokreću motori s unutarnjim izgaranjem (ICE) koji rade na goriva poput benzina ili dizela. Istodobno, vijek trajanja generatora benzina opremljenih dvotaktnim motorima s unutarnjim izgaranjem iznosi oko 500 sati godišnje (ne više od 4 sata dnevno); četverotaktni ICE doseže 5000 sati godišnje.
Preporučljivo je koristiti benzinske generatore za kraće nestanke struje i / ili za izlazak na selo.
Dizel generatori su snažniji i izdržljiviji od generatora benzina. Među njima postoje modeli s zračnim i tekućim hlađenjem. Jedinice hlađene zrakom preporučuju se za upotrebu na mjestima gdje je električna energija često isključena dulje vrijeme.
Korištenje takvih kućanskih uređaja izuzetno je jednostavno - trebate napuniti gorivo u spremnik, okrenuti ključ za pokretanje motora i spajanje tereta. Njihova je upravljačka ploča opremljena svim potrebnim i intuitivnim naljepnicama i simbolima.
Dizelski generatori s tekućim hlađenjem uređaji su potpuno druge kategorije. Sposobni su raditi danju i noću i uglavnom se koriste u poduzećima kao izvori rezervne energije.
Industrijski generatori, dizajnirani da generiraju izmjeničnu struju i opskrbljuju je potrošačima na velike udaljenosti pomoću visokonaponskih dalekovoda (PTL), rade aktiviranjem hidrauličkih ili parnih turbina. U takvim jedinicama mehanizam rotora povezan je izravno s turbinskim kotačem.
Turbinske generatore odlikuje velika snaga (do 100 000 kW) i sposobni su generirati izmjeničnu struju s naponom do 16 kV. U tom slučaju duljina i promjer njihovog rotora mogu doseći 6,5, odnosno 15 metara, a brzina rotacije potonjeg je u rasponu od 1500 ... 3000 o / min. Takve jedinice ugrađuju se u zasebne prostorije na posebno pripremljenim betonskim podlogama.
Opcije i mogućnosti kućanskih generatora
Zbog jednostavnosti upotrebe proizvođači svoje proizvode opremaju brojnim korisnim opcijama, među kojima su:
- uređaj za automatsko pokretanje jedinice u slučaju nestanka struje;
- prisutnost ugrađenog RCD-a koji odvaja uređaj od mreže u slučaju sloma izolacije i pojave struje curenja;
- kontrola parametara i njihov prikaz na zaslonu;
- zaštita od preopterećenja.
Kada je teret povezan s električnim generatorom, čija će vrijednost biti niža od nazivne, jedinica će početi uzaludno "jesti" dio tekućeg goriva, ne u potpunosti koristeći svoje mogućnosti.
Neće biti suvišno imati u kompletu posebno kućište za smanjenje buke, povećani spremnik za gorivo, kućište koje štiti jedinicu od utjecaja niskih temperatura itd.
Značajke instalacije
Potencijalni vlasnik alternatora prije kupnje trebao bi se pobrinuti za pripremu mjesta za njegovu ugradnju. Bez obzira gdje će se takva jedinica instalirati, u zatvorenom ili na otvorenom, trebat će joj ravna i čvrsta platforma. Instaliranje električnog generatora na neravnom tlu povećat će vibracije, što će ubrzati trošenje dijelova i može uzrokovati kvar skupog uređaja.
Kada instalirate generator u zatvorenom, važno je osigurati ispušnu ventilaciju. Osim toga, tijekom rada jedinice, preporuča se ostaviti vrata sobe otvorenima, što će pak zahtijevati ugradnju rešetke u vrata koja blokira pristup strancima, a što je najvažnije djeci, u opasnu zonu.
Spojite generator na mrežu strogo poštujući zahtjeve navedene u uputama za uporabu. U tom slučaju, električni kabel mora biti povezan nakon uvodnog stroja i električnog brojila.
