Een elektrische stroomgenerator is een apparaat dat is ontworpen om niet-elektrische soorten energie (chemisch, mechanisch, thermisch) om te zetten in elektrische energie. Bovendien is het ontwerp gebaseerd op het gebruik van het principe van elektromagnetische inductie.
Het werkingsprincipe en het apparaat van de eenvoudigste dynamo
Elektromagnetische inductie is een fenomeen dat in 1831 werd ontdekt door de Engelse natuurkundige Michael Faraday (1791-1867), die ontdekte dat wanneer een in de tijd variërende magnetische flux door een gesloten geleidend circuit gaat, in dit laatste een elektrische stroom wordt opgewekt. Het is dit principe dat ten grondslag ligt aan elke generator.
In de praktijk wordt het principe van elektromagnetische inductie als volgt geïmplementeerd: een elektrische stroom ontstaat in een gesloten frame (rotor) wanneer deze wordt gekruist door een roterend magnetisch veld gevormd, afhankelijk van het doel en het ontwerp van de generator, door permanente magneten of speciale excitatie wikkelingen. Wanneer het frame roteert, verandert de magnetische fluxwaarde. Hoe sneller hij draait, hoe hoger de uitgangsspanning.
In 1827 ontdekte de Hongaarse natuurkundige Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) dit effect en gebruikte het om een origineel model van een elektrische stroomgenerator te maken. De wetenschapper geloofde echter dat het bekend was, patenteerde zijn ontdekking niet en kondigde de oprichting van de eerste dynamo pas in 1850 aan.
Om de elektrische stroom af te voeren, is het frame uitgerust met een stroomafnemer, die het in een gesloten lus verandert en zorgt voor constant contact van het roterende frame met de stationaire elementen van de generator. De veerbelaste borstels worden tegen de collectorringen gedrukt en zo wordt de elektrische stroom geleverd aan de uitgangsklemmen van de generator.
Roterend passeren de helften van het frame achtereenvolgens de polen van de magneet. In dit geval vindt een cyclische verandering in de bewegingsrichting van de opkomende stroom plaats - bij elke pool beweegt de stroom in één richting.
Afhankelijk van het ontwerp van de collector kan de generator zowel gelijk- als wisselstroom produceren.
- In DC-generatoren zijn er voor elke helft van de wikkeling in het collectorsamenstel halve ringen die van elkaar zijn geïsoleerd. Doordat deze halve ringen constant wisselen met borstels, verandert de stroom niet van richting, maar pulseert deze gewoon.
- Bij dynamo's zijn de uiteinden van het frame vastgemaakt aan sleepringen en draait de hele constructie om zijn as. Wanneer het frame ronddraait, zorgen de borstels, die elk stevig aan hun eigen ring grenzen, voor een betrouwbare neerwaartse geleider. In dit geval is er geen cyclische verandering in de positie van de borstels.
Het roterende deel van de generator wordt de rotor genoemd en het stationaire deel wordt de stator genoemd.
Het werkingsprincipe van AC- en DC-stroomgeneratoren is identiek. Ze verschillen van elkaar in het ontwerp van de sleepringen op de roterende rotor en de configuratie van de wikkelingen.
In dynamo's wordt vaak een originele technische oplossing gebruikt, gebaseerd op het feit dat EMV in een geleider niet alleen optreedt wanneer deze in een magnetisch veld draait, maar ook wanneer het magnetische veld zelf roteert ten opzichte van een stationaire geleider.
Dit effect wordt veel gebruikt door ontwikkelaars die elektrische of permanente magneten op een roterende rotor plaatsen. In dit geval wordt de spanning verwijderd van de stationair geïnstalleerde wikkeling, wat het mogelijk maakt om complexe ontwerpen van stroomverzamelende eenheden te verwijderen.
Wisselstroomgeneratoren
- constructieve prestaties;
- methode van opwinding;
- aantal fasen.
Volgens de excitatiemethode kan de consument eenheden tegenkomen:
- met onafhankelijke bekrachtiging - de bekrachtigingswikkeling wordt gevoed door gelijkstroom van een onafhankelijke stroombron;
- met zelfexcitatie - een gelijkgerichte stroom van de generator zelf wordt aan de excitatiewikkeling geleverd;
- met excitatie van permanente magneten - er is geen excitatiewikkeling;
- met bekrachtiging van een bekrachtiger - een DC-generator met laag vermogen, "zittend" op dezelfde as terwijl de generator wordt onderhouden.
Door het aantal fasen zijn elektrische generatoren:
- eenfasig;
- bifasisch;
- drie fase.
In de praktijk komen driefasige dynamo's het meest voor. Dit komt door een aantal voordelen die kenmerkend zijn voor dit type toeslagmateriaal:
- het verkrijgen van een economisch effect bij de ontwikkeling van systemen voor de transmissie van elektriciteit over lange afstanden - vermindering van het materiaalverbruik van transformatorapparaten en stroomdraden; Dit wordt vergemakkelijkt door de aanwezigheid van een cirkelvormig magnetisch veld;
- langere levensduur, wat zorgt voor de balans van het systeem;
- gelijktijdig gebruik van lijn- en fasespanning.
Structureel heeft een driefasige elektrische generator drie onafhankelijke wikkelingen in de stator in een cirkel met een offset van 120 ° ten opzichte van elkaar. In dit geval is elke wikkeling een enkelfasige generator, die in staat is om een wisselspanning te leveren aan de verbruiker R. Zo'n enkele wikkeling wordt "fase" genoemd. Fasewikkelingen kunnen onderling worden verbonden door "delta" of "ster".
Er zijn andere schema's voor het aansluiten van de wikkelingen, bijvoorbeeld het zesdraads Tesla-systeem of de Slavyanka-verbinding (een combinatie van zes wikkelingen in de vorm van één "ster" en één "driehoek"), maar deze werden niet veel gebruikt.
De rol van het frame in apparaten die wisselstroom genereren, wordt gespeeld door een elektromagneet, die, terwijl hij draait, de in de wikkelingen geïnduceerde wisselende EMF met een derde van een cyclus ten opzichte van elkaar verplaatst.
Onder de vele dynamo's zijn er twee hoofdtypen van hun ontwerp: synchroon en asynchroon. Onlangs is er, gezien het grote aantal complexe elektronische apparaten die worden bestuurd door microprocessors, een nieuw type elektrische generator verschenen - omvormer.
Synchrone stroomgeneratoren
Een synchrone dynamo is structureel samengesteld uit twee delen - een beweegbare rotor en een vaste stator.
Wanneer de rotor draait, wat een elektromagneet is met een kern en een excitatiewikkeling, verbonden met een externe stroombron met behulp van een borstelmechanisme, wordt een EMF geïnduceerd in de statorwikkeling, die wordt toegevoerd aan de uitgangsklemmen van de generator. Dit ontwerp elimineert de noodzaak van sleepcontacten, wat het ontwerp van de unit aanzienlijk vereenvoudigt. Aanvankelijk wordt de magnetische flux opgewekt door een externe bekrachtiger die is bevestigd aan een gemeenschappelijke as en via een koppeling met het systeem is verbonden.
In synchrone elektrische generatoren met laag vermogen wordt de bekrachtigingswikkeling aangedreven door gelijkgerichte stroom. In dit geval wordt het elektrische circuit gevormd door de activering van de transformatoren in het belastingscircuit. Daar zit ook een halfgeleidergelijkrichter bij. Het belangrijkste elektrische circuit omvat:
- excitatie wikkeling;
- regelweerstand aanpassen.
Het belangrijkste kenmerk van een synchrone generator is dat de frequentie van de opgewekte elektrische stroom evenredig is met de rotorsnelheid.
Asynchrone stroomgeneratoren
Het ontwerp van asynchrone generatoren is eenvoudig, maar heeft tegelijkertijd de slechtste technische kenmerken in vergelijking met synchrone eenheden - de fout in frequentie kan 4% bereiken en in termen van spanning - tot 10%. Bovendien zijn asynchrone generatoren van cruciaal belang voor de startstroom. Daarom wordt aanbevolen om ze te gebruiken in combinatie met stabilisatoren en in sommige gevallen, bijvoorbeeld voor een zachte start van een elektromotor, kan een frequentieomvormer nodig zijn.
Omvormer generatoren
Een inverter-elektrische generator is een conventionele asynchrone generator, aan de uitgang waarvan een extra stabilisator van uitgangsparameters is geïnstalleerd.
Het werkt als volgt: de spanning die wordt gegenereerd door de asynchrone generator komt de omvormer binnen, waar deze eerst wordt gecorrigeerd, en vervolgens worden pulsen met een bepaalde frequentie en inschakelduur gevormd uit de verkregen constante spanning. Aan de uitgang van het apparaat worden deze pulsen omgezet in een sinusvormige spanning met bijna ideale technische eigenschappen.
Dynamo aandrijving
In een huishoudelijke omgeving wordt de generatorrotor aangedreven door interne verbrandingsmotoren (ICE's) die op brandstoffen zoals benzine of diesel lopen. Tegelijkertijd is de levensduur van benzinegeneratoren uitgerust met tweetakt verbrandingsmotoren ongeveer 500 uur per jaar (niet meer dan 4 uur per dag); viertakt ICE bereikt 5000 uur per jaar.
Bij korte stroomonderbrekingen en/of voor uitstapjes in de buitenlucht is het aan te raden om benzinegeneratoren te gebruiken.
Dieselgeneratoren zijn krachtiger en duurzamer dan benzinegeneratoren. Onder hen zijn er modellen met lucht- en vloeistofkoeling. Luchtgekoelde units worden aanbevolen voor gebruik op plaatsen waar elektriciteit vaak lange tijd wordt onderbroken.
Het gebruik van dergelijke huishoudelijke apparaten is uiterst eenvoudig - u moet brandstof in de tank vullen, de sleutel omdraaien om de motor te starten en de belasting aan te sluiten. Hun bedieningspaneel is voorzien van alle benodigde en intuïtieve labels en symbolen.
Vloeistofgekoelde dieselgeneratoren zijn apparaten van een heel andere categorie. Ze kunnen dag en nacht werken en worden voornamelijk in ondernemingen gebruikt als bronnen van back-upstroom.
Industriële generatoren, ontworpen om wisselstroom op te wekken en deze over lange afstanden aan consumenten te leveren met behulp van hoogspanningsleidingen (PTL), werken door hydraulische of stoomturbines te activeren. In dergelijke eenheden is het rotormechanisme rechtstreeks verbonden met het turbinewiel.
Turbinestroomgeneratoren worden gekenmerkt door een hoog vermogen (tot 100.000 kW) en zijn in staat om wisselstroom te genereren met een spanning tot 16 kV. In dit geval kan de lengte en diameter van hun rotor respectievelijk 6,5 en 15 meter bereiken, en de rotatiesnelheid van de laatste ligt in het bereik van 1500 ... 3000 tpm. Dergelijke eenheden worden in aparte ruimtes op speciaal voorbereide betonnen sokkels geïnstalleerd.
Opties en mogelijkheden voor huishoudelijke generatoren
Voor het gebruiksgemak rusten fabrikanten hun producten uit met een aantal handige opties, waaronder:
- apparaat voor automatische start van de unit in geval van stroomuitval;
- de aanwezigheid van een ingebouwde aardlekschakelaar die het apparaat loskoppelt van het lichtnet in geval van isolatiestoring en het optreden van lekstroom;
- controle van parameters en hun weergave op het display;
- bescherming tegen overbelasting.
Wanneer een belasting is aangesloten op een elektrische generator, waarvan de waarde lager zal zijn dan de nominale, zal de eenheid tevergeefs een deel van de vloeibare brandstof "opeten", en zijn mogelijkheden niet volledig gebruiken.
Het is niet overbodig om in de leveringsset een speciale geluiddempende behuizing te hebben, een vergrote brandstoftank, een behuizing die de unit beschermt tegen de effecten van lage temperaturen, enz.
Installatiefuncties
De potentiële eigenaar van een dynamo moet voor de aankoop zorgen voor een plaats voor de installatie ervan. Ongeacht waar een dergelijke unit zal worden geïnstalleerd, binnen of buiten, er is een plat en stevig platform nodig. Het installeren van een elektrische generator op een oneffen ondergrond zal de trillingen verhogen, wat de slijtage van onderdelen zal versnellen en een duur apparaat kan doen falen.
Wanneer de generator binnenshuis wordt geïnstalleerd, is het belangrijk om voor afzuiging te zorgen. Bovendien wordt aanbevolen om tijdens de werking van het apparaat de deur van de kamer open te laten, wat op zijn beurt de installatie van een rooster in de deuropening vereist dat buitenstaanders, en vooral kinderen, de toegang tot de gevarenzone blokkeert.
Sluit de generator aan op het lichtnet in strikte overeenstemming met de vereisten die in de gebruiksaanwijzing zijn vermeld. In dit geval moet de elektrische kabel worden aangesloten na de introductiemachine en de elektrische meter.
