Un generator de curent electric este un dispozitiv conceput pentru a converti tipurile de energie neelectrice (chimice, mecanice, termice) în energie electrică. Mai mult, proiectarea sa se bazează pe utilizarea principiului inducției electromagnetului.
Principiul de funcționare și dispozitivul celui mai simplu alternator
Inducția electromagnetică este un fenomen care a fost descoperit în 1831 de către fizicianul englez Michael Faraday (1791-1867), care a descoperit că atunci când un flux magnetic care variază în timp trece printr-un circuit conductiv închis, în acesta din urmă se generează un curent electric. Acest principiu stă la baza oricărui generator.
În practică, principiul inducției electromagnetice este implementat după cum urmează: un curent electric apare într-un cadru închis (rotor) atunci când este traversat de un câmp magnetic rotativ format, în funcție de scopul și proiectarea generatorului, de magneți permanenți sau speciali înfășurări de excitație. Când rotiți cadrul, magnitudinea fluxului magnetic se schimbă. Cu cât se învârte mai repede, cu atât este mai mare tensiunea de ieșire.
În 1827, fizicianul maghiar Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) a descoperit acest efect și l-a folosit pentru a crea un model original al unui generator de curent electric. Cu toate acestea, crezând că este bine cunoscut, omul de știință nu și-a brevetat descoperirea și a anunțat crearea primului dinam abia în 1850.
Pentru a scurge curentul electric, cadrul este echipat cu un colector de curent, care îl transformă într-o buclă închisă și asigură contactul constant al cadrului rotativ cu elementele staționare ale generatorului. Periile cu arc sunt apăsate pe inelele colectorului și astfel curentul electric este furnizat la bornele de ieșire ale generatorului.
Rotindu-se, jumătățile cadrului trec succesiv lângă polii magnetului. În acest caz, are loc o schimbare ciclică în direcția de mișcare a curentului emergent - la fiecare pol, curentul se mișcă într-o direcție.
În funcție de proiectarea colectorului, generatorul poate produce atât curent continuu, cât și curent alternativ.
- În generatoarele de curent continuu, pentru fiecare jumătate a înfășurării din ansamblul colector, există jumătăți de inele izolate una de alta. Datorită faptului că aceste jumătăți de inele se schimbă constant cu periile, curentul nu își schimbă direcția, ci pur și simplu pulsează.
- În alternatoare, capetele cadrului sunt legate de inele de alunecare și întreaga structură se rotește în jurul axei sale. Când cadrul se rotește, periile, fiecare dintre ele fiind strâns adiacente propriului inel, oferă un conductor de coborâre de încredere. În acest caz, nu există nicio schimbare ciclică în poziția periilor.
Partea rotativă a generatorului se numește rotor, iar partea staționară se numește stator.
Principiul de funcționare al generatoarelor de curent alternativ și continuu este identic. Acestea diferă unele de altele prin designul inelelor de alunecare situate pe rotorul rotativ și prin configurația înfășurărilor.
În alternatoare, este adesea utilizată o soluție tehnică originală, bazată pe faptul că EMF apare într-un conductor nu numai atunci când se rotește într-un câmp magnetic, ci și atunci când câmpul magnetic în sine se rotește față de un conductor staționar.
Acest efect este utilizat pe scară largă de dezvoltatorii care plasează magneți electrici sau permanenți pe un rotor rotativ. În acest caz, tensiunea este îndepărtată de înfășurarea instalată staționară, ceea ce face posibilă scăderea proiectelor complexe de unități de colectare a curentului.
Generatoare de curent alternativ
- performanță constructivă;
- metoda de excitare;
- număr de faze.
Conform metodei de excitație, consumatorul poate întâlni unități:
- cu excitație independentă - înfășurarea de excitație este alimentată de curent continuu de la o sursă de alimentare independentă;
- cu autoexcitație - un curent rectificat de la generator însuși este furnizat înfășurării de excitație;
- cu excitație de la magneți permanenți - nu există înfășurare de excitație;
- cu excitație de la un excitator - un generator de curent continuu de mică putere „așezat” pe același arbore cu generatorul care este întreținut.
După numărul de faze, generatoarele electrice sunt:
- fază singulară;
- bifazic;
- trei faze.
În practică, alternatoarele trifazate sunt cele mai frecvente. Acest lucru se datorează mai multor avantaje caracteristice acestui tip de agregate:
- obținerea unui efect economic în dezvoltarea sistemelor de transmitere a energiei electrice pe distanțe mari - reducerea consumului de material al dispozitivelor de transformare și a firelor de alimentare; Acest lucru este facilitat de prezența unui câmp magnetic circular;
- durată de viață crescută, care asigură echilibrul sistemului;
- utilizarea simultană a tensiunii de linie și de fază.
Structural, un generator electric trifazat are trei înfășurări independente situate în stator într-un cerc cu un decalaj de 120 ° unul față de celălalt. În acest caz, fiecare înfășurare este un generator monofazat, care este capabil să furnizeze o tensiune alternativă consumatorului R. O astfel de înfășurare se numește „fază”. Înfășurările de fază pot fi interconectate prin „delta” sau „stea”.
Există și alte scheme de conectare a înfășurărilor, de exemplu, sistemul Tesla cu șase fire sau conexiunea Slavyanka (o combinație de șase înfășurări sub forma unei „stele” și a unui „triunghi”), dar acestea nu au fost utilizate pe scară largă.
Rolul cadrului în dispozitivele care generează curent alternativ este jucat de un electromagnet care, în timp ce se rotește, deplasează CEM alternativ indus în înfășurări cu o treime dintr-un ciclu unul față de celălalt.
Printre numeroasele alternatoare, există două tipuri principale de design: sincron și asincron. Recent, având în vedere numărul mare de dispozitive electronice complexe controlate de microprocesoare, a apărut un nou tip de generator electric - invertor.
Generatoare de energie sincrone
Un alternator sincron este compus structural din două părți - un rotor mobil și un stator fix.
Când rotorul se rotește, care este un electromagnet cu un miez și o înfășurare de excitație, conectat la o sursă de energie externă utilizând un mecanism cu perie, un EMF este indus în înfășurarea statorului, care este alimentat la bornele de ieșire ale generatorului. Acest design elimină necesitatea contactelor glisante, ceea ce simplifică foarte mult designul unității. Inițial, fluxul magnetic este excitat de la un excitator terță parte atașat la un arbore comun și conectat la sistem folosind un cuplaj.
La generatoarele electrice sincrone de putere redusă, bobina de excitație este alimentată de curent rectificat. În acest caz, circuitul electric se formează datorită activării transformatoarelor incluse în circuitul de sarcină. Un redresor semiconductor este, de asemenea, inclus acolo. Circuitul electric principal include:
- înfășurare de excitație;
- reglarea reostatului.
Principala caracteristică a unui generator sincron este că frecvența curentului electric generat este proporțională cu viteza rotorului.
Generatoare de energie asincrone
Proiectarea generatoarelor asincrone este simplă, dar în același timp are cele mai proaste caracteristici tehnice în comparație cu unitățile sincrone - eroarea de frecvență poate ajunge la 4%, iar în ceea ce privește tensiunea - până la 10%. În plus, generatoarele asincrone sunt esențiale pentru curentul de pornire. Prin urmare, se recomandă să le utilizați împreună cu stabilizatori și, în unele cazuri, de exemplu, pentru pornirea ușoară a unui motor electric, poate fi necesar un convertor de frecvență.
Generatoare de invertoare
Un generator invertor este un generator asincron convențional, la ieșirea căruia este instalat un stabilizator suplimentar al parametrilor de ieșire.
Funcționează după cum urmează: tensiunea generată de generatorul asincron intră în invertor, unde este mai întâi rectificată, iar apoi se formează impulsuri cu o anumită frecvență și ciclu de funcționare din tensiunea constantă obținută. La ieșirea dispozitivului, aceste impulsuri sunt transformate într-o tensiune sinusoidală cu caracteristici tehnice aproape ideale.
Unitate de alternator
Într-un mediu casnic, rotorul generatorului este acționat de motoare cu ardere internă (ICE) care funcționează pe combustibili precum benzina sau motorina. În același timp, durata de viață a generatoarelor de benzină echipate cu motoare cu combustie internă în doi timpi este de aproximativ 500 de ore pe an (nu mai mult de 4 ore pe zi); ICE în patru timpi atinge 5000 de ore pe an.
Este recomandabil să utilizați generatoare de benzină pentru întreruperi scurte de curent și / sau pentru ieșirea în mediul rural.
Generatoarele diesel sunt mai puternice și mai durabile decât generatoarele pe benzină. Printre acestea există modele cu răcire cu aer și lichid. Unitățile răcite cu aer sunt recomandate pentru utilizare în locurile în care electricitatea este deseori întreruptă pentru o lungă perioadă de timp.
Este extrem de simplu să folosiți astfel de dispozitive de uz casnic - trebuie să turnați combustibil în rezervor, să rotiți cheia pentru a porni motorul și să conectați sarcina. Panoul lor de control este prevăzut cu toate etichetele și simbolurile necesare și intuitive.
Generatoarele de putere diesel răcite cu lichid sunt dispozitive dintr-o categorie complet diferită. Sunt capabili să lucreze zile și nopți și sunt utilizate în principal în întreprinderi ca surse de energie de rezervă.
Generatoarele industriale, proiectate să genereze curent alternativ și să-l furnizeze consumatorilor pe distanțe mari folosind linii electrice de înaltă tensiune (PTL), funcționează activând turbine hidraulice sau cu abur. În astfel de unități, mecanismul rotorului este conectat direct la roata turbinei.
Generatoarele de turbină sunt caracterizate de o putere mare (până la 100.000 kW) și sunt capabile să genereze curent alternativ cu tensiune de până la 16 kV. În acest caz, lungimea și diametrul rotorului lor pot ajunge la 6,5 și, respectiv, la 15 metri, iar viteza de rotație a acestuia din urmă este în intervalul 1500 ... 3000 rpm. Astfel de unități sunt instalate în încăperi separate pe baze de beton special pregătite.
Opțiuni și capabilități pentru generatorul casnic
Pentru ușurință în utilizare, producătorii își echipează produsele cu o serie de opțiuni utile, printre care se numără:
- dispozitiv pentru pornirea automată a unității în caz de întrerupere a curentului;
- prezența unui RCD încorporat care deconectează dispozitivul de la rețea în caz de defecțiune a izolației și apariția unui curent de scurgere;
- controlul parametrilor și afișarea acestora pe afișaj;
- protecție la suprasarcină.
Atunci când o sarcină este conectată la un generator electric, a cărui valoare va fi mai mică decât cea nominală, unitatea va începe să „mănânce” o parte din combustibilul lichid degeaba, neutilizându-și pe deplin capacitățile.
Nu va fi de prisos să aveți în setul de livrare o carcasă specială de eliminare a zgomotului, un volum crescut al rezervorului de combustibil, o carcasă care protejează unitatea de efectele temperaturilor scăzute etc.
Caracteristici de instalare
Potențialul proprietar al unui alternator înainte de cumpărare ar trebui să se ocupe de pregătirea unui loc pentru instalarea acestuia. Indiferent de locul în care o astfel de unitate va fi instalată, în interior sau în exterior, va avea nevoie de o platformă plată și solidă. Instalarea unui generator electric pe un teren neuniform va crește vibrațiile, ceea ce va accelera uzura pieselor și poate cauza defectarea unui dispozitiv scump.
La instalarea generatorului în interior, este important să asigurați ventilația prin evacuare. În plus, în timpul funcționării unității, se recomandă să lăsați ușa camerei deschisă, ceea ce la rândul său va necesita instalarea unui grătar în ușă care blochează accesul persoanelor din afară, și cel mai important al copiilor, în zona de pericol.
Conectați generatorul la rețea în conformitate strictă cu cerințele stabilite în instrucțiunile de utilizare. În acest caz, cablul electric trebuie conectat după mașina introductivă și contorul electric.
