En elektrisk strømgenerator er en enhet designet for å konvertere ikke-elektriske energityper (kjemisk, mekanisk, termisk) til elektrisk energi. Videre er utformingen basert på bruk av prinsippet om elektromagnetisk induksjon.
Operasjonsprinsippet og enheten til den enkleste generatoren
Elektromagnetisk induksjon er et fenomen som ble oppdaget i 1831 av den engelske fysikeren Michael Faraday (1791-1867), som oppdaget at når en tidsvarierende magnetisk flux passerer gjennom en lukket ledende krets, genereres en elektrisk strøm i sistnevnte. Det er dette prinsippet som ligger til grunn for alle generatorer.
I praksis implementeres prinsippet om elektromagnetisk induksjon som følger: en elektrisk strøm oppstår i en lukket ramme (rotor) når den krysses av et roterende magnetfelt dannet, avhengig av generatorens formål og design, av permanente magneter eller spesielle eksitasjonsviklinger. Når du roterer rammen, endres størrelsen på den magnetiske strømmen. Jo raskere det spinner, jo høyere utgangsspenning.
I 1827 oppdaget den ungarske fysikeren Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) denne effekten og brukte den til å lage en original modell av en elektrisk strømgenerator. Imidlertid trodde det at det var kjent, patenterte ikke forskeren oppdagelsen, og kunngjorde etableringen av den første dynamoen først i 1850.
For å tømme den elektriske strømmen er rammen utstyrt med en strømoppsamler, som gjør den til en lukket sløyfe og sørger for konstant kontakt mellom den roterende rammen og generatorens stasjonære elementer. De fjærbelastede børstene presses mot samlerringene, og dermed tilføres elektrisk strøm til generatorens utgangsterminaler.
Roterende, halvdelene av rammen går suksessivt nær stolpene til magneten. I dette tilfellet oppstår en syklisk endring i bevegelsesretningen til den fremvoksende strømmen - ved hver pol beveger strømmen seg i en retning.
Avhengig av utformingen av samleren, kan generatoren produsere både likestrøm og vekselstrøm.
- I likestrømsgeneratorer, for hver halvdel av viklingen i samlerenheten, er det halve ringer isolert fra hverandre. På grunn av det faktum at disse halvringene endres kontinuerlig med børster, endrer ikke strømmen sin retning, men bare pulserer.
- I generatorer er endene på rammen bundet til glideringer, og hele strukturen roterer rundt sin akse. Når rammen roterer, gir børstene, som hver ligger tett ved siden av sin egen ring, en pålitelig dunleder. I dette tilfellet er det ingen syklisk endring i børstenes posisjon.
Den roterende delen av generatoren kalles rotoren, og den stasjonære delen kalles statoren.
Prinsippet om drift av veksel- og likestrømsgeneratorer er identisk. De skiller seg fra hverandre i utformingen av glideringene som ligger på den roterende rotoren og viklingenes konfigurasjon.
I generatorer brukes ofte en original teknisk løsning, basert på at EMF oppstår i en leder ikke bare når den roterer i et magnetfelt, men også når magnetfeltet i seg selv roterer i forhold til en stasjonær leder.
Denne effekten brukes mye av utviklere som plasserer elektriske eller permanente magneter på en roterende rotor. I dette tilfellet fjernes spenningen fra den stasjonære installerte viklingen, noe som gjør det mulig å kvitte seg med komplekse design av strømoppsamlingsenheter.
Vekselstrømsgeneratorer
- konstruktiv ytelse;
- metode for spenning;
- antall faser.
I følge metoden for eksitasjon kan forbrukeren møte enheter:
- med uavhengig eksitasjon - magnetiseringsviklingen drives av likestrøm fra en uavhengig strømkilde;
- med selvutregning - en rettet strøm fra selve generatoren tilføres til opptrekksviklingen;
- med eksitasjon fra permanente magneter - det er ingen eksitasjonsvikling;
- med eksitasjon fra excitatoren - en likestrømsgenerator med lav effekt, som "sitter" på samme aksel med generatoren som blir betjent.
I antall faser er elektriske generatorer:
- enkel fase;
- todelt;
- tre-fase.
I praksis er trefasegeneratorer de vanligste. Dette skyldes en rekke fordeler som er karakteristiske for denne typen aggregater:
- å oppnå en økonomisk effekt i utviklingen av systemer for overføring av elektrisitet over lange avstander - redusere materialforbruket til transformatorenheter og strømledninger; Dette blir lettere ved tilstedeværelsen av et sirkulært magnetfelt;
- økt levetid, som sikrer balansen i systemet;
- samtidig bruk av linje- og fasespenning.
Strukturelt har en trefaset elektrisk generator tre uavhengige viklinger plassert i statoren i en sirkel med en forskyvning på 120 ° i forhold til hverandre. I dette tilfellet er hver vikling en enfasegenerator, som er i stand til å levere en vekselspenning til forbrukeren R. En slik enkeltvikling kalles "fase". Faseviklinger kan være sammenkoblet av "delta" eller "stjerne".
Det er andre ordninger for å koble sammen viklingene, for eksempel det seks-ledede Tesla-systemet eller Slavyanka-forbindelsen (en kombinasjon av seks viklinger i form av en "stjerne" og en "trekant"), men de ble ikke mye brukt.
Rollen til rammen i enheter som genererer vekselstrøm spilles av en elektromagnet, som mens den roterer, fortrenger den vekslende EMF indusert i viklingene med en tredjedel av en syklus i forhold til hverandre.
Blant de mange alternatorene er det to hovedtyper av deres design: synkron og asynkron. Nylig, gitt det store antallet komplekse elektroniske enheter som styres av mikroprosessorer, har en ny type elektrisk generator dukket opp - inverter.
Synkrone kraftgeneratorer
En synkron generator er strukturelt sammensatt av to deler - en bevegelig rotor og en fast stator.
Når rotoren roterer, som er en elektromagnet med en kjerne og en magnetiseringsvikling, koblet til en ekstern strømkilde ved hjelp av en børstemekanisme, induseres en EMF i statorviklingen, som mates til generatorens utgangsterminaler. Denne designen eliminerer behovet for skyvekontakter, noe som forenkler utformingen av enheten. Opprinnelig blir magnetstrømmen begeistret fra en tredjepartsmotor som er festet til en felles aksel og koblet til systemet ved hjelp av en kobling.
I synkrone elektriske generatorer med lav effekt drives magnetiseringsviklingen av likestrøm. I dette tilfellet dannes den elektriske kretsen på grunn av aktivering av transformatorene som er inkludert i lastkretsen. En halvleder likeretter er også inkludert der. Den elektriske hovedkretsen inkluderer:
- eksitasjon svingete;
- justering av reostat.
Hovedfunksjonen til en synkron generator er at frekvensen til den genererte elektriske strømmen er proporsjonal med rotorhastigheten.
Asynkrone kraftgeneratorer
Utformingen av asynkrone generatorer er enkel, men samtidig har den de verste tekniske egenskapene i forhold til synkrone enheter - feilfrekvensen kan nå 4%, og når det gjelder spenning - opptil 10%. I tillegg er asynkrone generatorer avgjørende for startstrømmen. Derfor anbefales det å betjene dem sammen med stabilisatorer, og i noen tilfeller, for eksempel for en myk start av en elektrisk motor, kan det være behov for en frekvensomformer.
Invertergeneratorer
En inverter elektrisk generator er en konvensjonell asynkron generator, ved utgangen som en ekstra stabilisator av utgangsparametere er installert.
Det fungerer som følger: spenningen som genereres av den asynkrone generatoren kommer inn i omformeren, der den først utbedres, og deretter dannes pulser av en gitt frekvens og driftssyklus fra den oppnådde konstante spenningen. Ved utgangen av enheten konverteres disse pulser til en sinusformet spenning med nesten ideelle tekniske egenskaper.
Generatordrift
I hjemmet drives generatorrotoren av forbrenningsmotorer (ICE) som kjører på drivstoff som bensin eller diesel. Samtidig er levetiden til bensingeneratorer utstyrt med totakts forbrenningsmotorer omtrent 500 timer per år (ikke mer enn 4 timer per dag); firetakts ICE når 5000 timer per år.
Det anbefales å bruke bensingeneratorer for korte strømbrudd og / eller for å gå ut på landsbygda.
Dieselgeneratorer er kraftigere og mer holdbare enn bensingeneratorer. Blant dem er det modeller med luft- og væskekjøling. Luftkjølte enheter anbefales til bruk på steder der strøm ofte blir kuttet i lang tid.
Å bruke slike husholdningsapparater er ekstremt enkelt - du må fylle drivstoff i tanken, vri på nøkkelen for å starte motoren og koble til lasten. Kontrollpanelet er utstyrt med alle nødvendige og intuitive etiketter og symboler.
Væskekjølte dieselgeneratorer er enheter i en helt annen kategori. De er i stand til å jobbe dager og netter og brukes hovedsakelig i bedrifter som kilder til reservekraft.
Industrielle generatorer, designet for å generere vekselstrøm og levere den til forbrukere over lange avstander ved hjelp av høyspentledninger (PTL), fungerer ved å aktivere hydrauliske eller dampturbiner. I slike enheter er rotormekanismen koblet direkte til turbinhjulet.
Generatorer av turbiner er preget av høy effekt (opptil 100 000 kW) og er i stand til å generere vekselstrøm med spenning opptil 16 kV. I dette tilfellet kan lengden og diameteren på rotoren deres nå henholdsvis 6,5 og 15 meter, og rotasjonshastigheten til sistnevnte er i området 1500 ... 3000 rpm. Slike enheter er installert i separate rom på spesialtilberedte betongbaser.
Husholdningsgeneratoralternativer og muligheter
For å gjøre det enkelt å bruke, utstyrer produsentene sine produkter med en rekke nyttige alternativer, blant annet:
- enhet for automatisk start av enheten i tilfelle strømbrudd;
- tilstedeværelsen av en innebygd jordfeilbryter som kobler enheten fra strømnettet i tilfelle isolasjonssvikt og utseende av en lekkasjestrøm;
- kontroll av parametere og deres visning på skjermen;
- beskyttelse mot overbelastning.
Når en last er koblet til en elektrisk generator, hvis verdi vil være lavere enn den nominelle, vil enheten begynne å "spise" en del av det flytende drivstoffet forgjeves, og ikke utnytte funksjonene fullt ut.
Det vil ikke være overflødig å ha et spesielt støydempende foringsrør, en forstørret drivstofftank, et foringsrør som beskytter enheten mot effekten av lave temperaturer osv.
Installasjonsfunksjoner
Den potensielle eieren av en dynamo før du kjøper, bør ta seg av å forberede et sted for installasjonen. Uansett hvor en slik enhet skal installeres, innendørs eller utendørs, vil den trenge en flat og solid plattform. Installasjon av en elektrisk generator på ujevnt underlag vil øke vibrasjonen, noe som vil akselerere slitasje på deler og kan føre til at en kostbar enhet svikter.
Når du installerer generatoren innendørs, er det viktig å sørge for eksosventilasjon. I tillegg anbefales det under drift av enheten å la døren til rommet være åpen, noe som igjen vil kreve installasjon av et rist i døråpningen som blokkerer utenforstående, og aller viktigst barn, tilgang til faresonen.
Koble generatoren til strømnettet i tråd med kravene i bruksanvisningen. I dette tilfellet må den elektriske kabelen kobles til etter introduksjonsmaskinen og den elektriske måleren.
