Elektriskās strāvas ģenerators ir ierīce, kas paredzēta neelektrisko enerģijas veidu (ķīmiskās, mehāniskās, termiskās) pārveidošanai elektriskajā enerģijā. Turklāt tā dizains ir balstīts uz elektromagnētiskās indukcijas principa izmantošanu.
Darbības princips un vienkāršākā ģeneratora ierīce
Elektromagnētiskā indukcija ir parādība, kuru 1831. gadā atklāja angļu fiziķis Maikls Faradejs (1791-1867), kurš atklāja, ka laikā, kad mainīga laika magnētiskā plūsma iziet cauri slēgtai vadošai ķēdei, pēdējā tajā rodas elektriskā strāva. Tieši šis princips ir jebkura ģeneratora pamatā.
Praksē elektromagnētiskās indukcijas princips tiek īstenots šādi: elektriskā strāva rodas slēgtā rāmī (rotorā), kad to šķērso rotējošs magnētiskais lauks, kuru atkarībā no ģeneratora mērķa un konstrukcijas veido pastāvīgi magnēti vai speciāli. ierosmes tinumi. Pagriežot rāmi, mainās magnētiskās plūsmas lielums. Jo ātrāk tas griežas, jo lielāks ir izejas spriegums.
1827. gadā ungāru fiziķis Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) atklāja šo efektu un izmantoja to, lai izveidotu oriģinālu elektriskās strāvas ģeneratora modeli. Tomēr, uzskatot, ka tas ir slavens, zinātnieks savu atklājumu neapatentēja un par pirmās dinamo izveidi paziņoja tikai 1850. gadā.
Elektriskās strāvas iztukšošanai rāmis ir aprīkots ar strāvas kolektoru, kas to pārvērš slēgtā kontūrā un nodrošina pastāvīgu rotējošā rāmja kontaktu ar stacionārajiem ģeneratora elementiem. Birstes ar atsperi tiek nospiestas pret kolektora gredzeniem, un tādējādi elektriskā strāva tiek piegādāta ģeneratora izejas spailēm.
Rotējot, rāmja puses secīgi iet blakus magnēta poliem. Šajā gadījumā notiek cikliskas izmaiņas parādīšanās strāvas kustības virzienā - katrā polā strāva virzās vienā virzienā.
Atkarībā no kolektora konstrukcijas ģenerators var ražot gan tiešo, gan maiņstrāvu.
- Līdzstrāvas ģeneratoros katrai kolektora mezgla tinuma pusei ir viens no otra izolēti pusgredzeni. Sakarā ar to, ka šie pusgredzeni pastāvīgi mainās ar sukām, strāva nemaina savu virzienu, bet vienkārši pulsē.
- Ģeneratoros rāmja gali ir piesaistīti slīdošajiem gredzeniem, un visa šī konstrukcija griežas ap savu asi. Kad rāmis griežas, otas, no kurām katra ir cieši blakus savam gredzenam, nodrošina uzticamu lejas vadītāju. Šajā gadījumā suku stāvokļa ciklisku izmaiņu nav.
Ģeneratora rotējošo daļu sauc par rotoru, un stacionāro daļu - par statoru.
Maiņstrāvas un līdzstrāvas ģeneratoru darbības princips ir identisks. Tie viens no otra atšķiras ar slīdošo gredzenu dizainu, kas atrodas uz rotējošā rotora, un tinumu konfigurāciju.
Ģeneratoros bieži tiek izmantots oriģināls tehniskais risinājums, pamatojoties uz to, ka EML notiek vadītājā ne tikai tad, kad tas rotē magnētiskajā laukā, bet arī tad, kad pats magnētiskais lauks rotē attiecībā pret stacionāru vadītāju.
Šo efektu plaši izmanto izstrādātāji, kas uz rotējoša rotora novieto elektriskos vai pastāvīgos magnētus. Šajā gadījumā spriegums tiek noņemts no stacionārā uzstādītā tinuma, kas ļauj atbrīvoties no sarežģītas strāvu savācošo vienību konstrukcijas.
Maiņstrāvas ģeneratori
- konstruktīvs sniegums;
- uztraukuma metode;
- fāžu skaits.
Saskaņā ar ierosmes metodi patērētājs var sastapt vienības:
- ar neatkarīgu ierosmi - ierosmes tinumu darbina tiešā strāva no neatkarīga enerģijas avota;
- ar sevis ierosmi - iztaisnota strāva no paša ģeneratora tiek piegādāta ierosmes tinumam;
- ar ierosmi no pastāvīgiem magnētiem - nav ierosmes tinuma;
- ar ierosmi no ierosinātāja - mazjaudas līdzstrāvas ģenerators, kas "sēž" uz vienas vārpstas ar ģeneratora apkalpošanu.
Pēc fāžu skaita elektriskie ģeneratori ir:
- vienfāzes;
- divfāzu;
- trīsfāzu.
Praksē visbiežāk tiek izmantoti trīsfāžu ģeneratori. Tas ir saistīts ar vairākām priekšrocībām, kas raksturīgas šāda veida pildvielām:
- ekonomiskā efekta iegūšana elektroenerģijas pārvades sistēmu lielos attālumos izstrādē - samazinot transformatoru ierīču un strāvas vadu materiāla patēriņu; To veicina apļveida magnētiskā lauka klātbūtne;
- palielināts kalpošanas laiks, kas nodrošina sistēmas līdzsvaru;
- vienlaicīga līnijas un fāzes sprieguma izmantošana.
Strukturāli trīsfāzu elektriskajam ģeneratoram ir trīs neatkarīgi tinumi, kas atrodas statorā lokā ar nobīdi 120 ° attiecībā pret otru. Šajā gadījumā katra tinums ir vienfāzes ģenerators, kas spēj piegādāt maiņstrāvu patērētājam R. Šādu vienu tinumu sauc par "fāzi". Fāzes tinumus var savstarpēji savienot ar "delta" vai "zvaigzne".
Tinumu savienošanai ir arī citas shēmas, piemēram, sešu vadu Tesla sistēma vai Slavyanka savienojums (sešu tinumu kombinācija vienas "zvaigznes" un viena "trijstūra" formā), taču tās netika plaši izmantotas.
Kadra lomu ierīcēs, kas ģenerē maiņstrāvu, spēlē elektromagnēts, kas, rotējot, izspiež tinumos inducēto mainīgo EMF par cikla trešdaļu attiecībā pret otru.
Starp daudzajiem ģeneratoriem ir divi galvenie to konstrukcijas veidi: sinhronais un asinhronais. Nesen, ņemot vērā daudzo sarežģīto elektronisko ierīču skaitu, ko kontrolē mikroprocesori, parādījās jauna veida elektriskais ģenerators - invertors.
Sinhronie enerģijas ģeneratori
Sinhronais ģenerators strukturāli sastāv no divām daļām - kustīga rotora un fiksēta statora.
Kad rotors rotē, kas ir elektromagnēts ar serdi un ierosmes tinumu, kas savienots ar ārēju enerģijas avotu, izmantojot suku mehānismu, statora tinumā tiek inducēts EMF, kas tiek padots ģeneratora izejas spailēm. Šis dizains novērš nepieciešamību pēc bīdāmiem kontaktiem, kas ievērojami vienkāršo vienības dizainu. Sākotnēji magnētisko plūsmu uzbudina trešās puses ierosinātājs, kas piestiprināts pie kopīgas vārpstas un savienots ar sistēmu, izmantojot sakabi.
Mazjaudas sinhronajos elektriskajos ģeneratoros ierosmes tinumu darbina iztaisnotā strāva. Šajā gadījumā elektriskā ķēde tiek veidota, pateicoties slodzes ķēdē iekļauto transformatoru aktivizēšanai. Tur ir iekļauts arī pusvadītāju taisngriezis. Galvenajā elektriskajā ķēdē ietilpst:
- ierosmes tinums;
- reostata pielāgošana.
Sinhronā ģeneratora galvenā iezīme ir tā, ka radītās elektriskās strāvas frekvence ir proporcionāla rotora ātrumam.
Asinhronie enerģijas ģeneratori
Asinhrono ģeneratoru konstrukcija ir vienkārša, taču tajā pašā laikā tai ir vissliktākās tehniskās īpašības salīdzinājumā ar sinhronajām vienībām - kļūdas biežums var sasniegt 4%, bet sprieguma ziņā - līdz 10%. Turklāt asinhronie ģeneratori ir kritiski svarīgi starta strāvai. Tāpēc ieteicams tos darbināt kopā ar stabilizatoriem, un dažos gadījumos, piemēram, elektromotora mīkstai iedarbināšanai var būt nepieciešams frekvences pārveidotājs.
Invertoru ģeneratori
Invertora elektriskais ģenerators ir parasts asinhronais ģenerators, pie kura izejas tiek uzstādīts papildu izejas parametru stabilizators.
Tas darbojas šādi: asinhronā ģeneratora radītais spriegums nonāk invertorā, kur vispirms tiek iztaisnots, un pēc tam no iegūtā pastāvīgā sprieguma tiek veidoti noteiktas frekvences un darba cikla impulsi. Ierīces izejā šie impulsi tiek pārveidoti par sinusoidālu spriegumu ar gandrīz ideālām tehniskām īpašībām.
Ģeneratora piedziņa
Sadzīves apstākļos ģeneratora rotoru darbina iekšdedzes dzinēji (ICE), kas darbojas ar tādu degvielu kā benzīns vai dīzeļdegviela. Tajā pašā laikā benzīna ģeneratoru, kas aprīkoti ar divtaktu iekšdedzes dzinējiem, kalpošanas laiks ir aptuveni 500 stundas gadā (ne vairāk kā 4 stundas dienā); četrtaktu ICE sasniedz 5000 stundas gadā.
Ieteicams izmantot benzīna ģeneratorus īslaicīgai elektroenerģijas padeves pārtraukumam un / vai izbraukšanai laukos.
Dīzeļģeneratori ir jaudīgāki un izturīgāki nekā benzīna ģeneratori. Starp tiem ir modeļi ar gaisa un šķidruma dzesēšanu. Gaisa dzesēšanas ierīces ieteicams lietot vietās, kur elektrība bieži tiek pārtraukta uz ilgu laiku.
Šādu sadzīves ierīču lietošana ir ārkārtīgi vienkārša - tvertnē jālej degviela, pagriežot atslēgu, lai iedarbinātu motoru, un jāpievieno krava. Viņu vadības panelis ir aprīkots ar visām nepieciešamajām un intuitīvajām etiķetēm un simboliem.
Ar šķidrumu dzesējami dīzeļdegvielas ģeneratori ir pilnīgi citas kategorijas ierīces. Tie spēj strādāt dienas un naktis, un tos galvenokārt izmanto uzņēmumos kā rezerves enerģijas avotus.
Rūpnieciskie ģeneratori, kas paredzēti maiņstrāvas ģenerēšanai un patērētājiem lielos attālumos, izmantojot augstsprieguma elektropārvades līnijas (PTL), darbojas, aktivizējot hidrauliskās vai tvaika turbīnas. Šādās vienībās rotora mehānisms ir savienots tieši ar turbīnas riteni.
Turbīnu enerģijas ģeneratoriem ir raksturīga liela jauda (līdz 100 000 kW), un tie spēj radīt maiņstrāvu ar spriegumu līdz 16 kV. Šajā gadījumā to rotora garums un diametrs var sasniegt attiecīgi 6,5 un 15 metrus, un pēdējā rotācijas ātrums ir robežās no 1500 ... 3000 apgr./min. Šādas vienības tiek uzstādītas atsevišķās telpās uz īpaši sagatavotām betona pamatnēm.
Mājsaimniecības ģeneratoru iespējas un iespējas
Lietošanas ērtībai ražotāji aprīko savus produktus ar vairākām noderīgām iespējām, tostarp:
- ierīce vienības automātiskai iedarbināšanai strāvas padeves pārtraukuma gadījumā;
- iebūvēta RCD klātbūtne, kas atvieno ierīci no elektrotīkla izolācijas sabrukšanas gadījumā un noplūdes strāvas parādīšanās gadījumā;
- parametru kontrole un to parādīšana displejā;
- aizsardzība pret pārslodzi.
Kad elektriskajam ģeneratoram ir pievienota slodze, kuras vērtība būs zemāka par nominālo, iekārta sāks veltīgi “apēst” daļu šķidrās degvielas, pilnībā neizmantojot tās iespējas.
Nebūs lieki, ja piegādes komplektā ir īpašs troksni slāpējošs korpuss, palielināta degvielas tvertne, korpuss, kas aizsargā ierīci no zemas temperatūras iedarbības utt.
Instalācijas funkcijas
Potenciālajam ģeneratora īpašniekam pirms iegādes vajadzētu rūpēties par vietas sagatavošanu tā uzstādīšanai. Neatkarīgi no tā, kur šāda iekārta tiks uzstādīta telpās vai ārpus tām, tai būs nepieciešama plakana un cieta platforma. Elektriskā ģeneratora uzstādīšana uz nelīdzenas zemes palielinās vibrāciju, kas paātrinās detaļu nodilumu un var izraisīt dārgas ierīces kļūmi.
Uzstādot ģeneratoru telpās, ir svarīgi nodrošināt izplūdes ventilāciju. Turklāt iekārtas darbības laikā ieteicams atstāt atvērtas telpas durvis, kas savukārt durvju ailē prasīs uzstādīt režģi, kas bloķē nepiederošos, un pats galvenais, bērnus, piekļuvi bīstamajai zonai.
Pievienojiet ģeneratoru elektrotīklam, stingri ievērojot lietošanas instrukcijā noteiktās prasības. Šajā gadījumā elektrības kabelis jāpievieno pēc ievada mašīnas un elektriskā skaitītāja.
