Генератор електричне струје је уређај дизајниран за претварање неелектричних врста енергије (хемијске, механичке, топлотне) у електричну енергију. Штавише, његов дизајн заснован је на употреби принципа индукције електромагнета.
Принцип рада и уређај најједноставнијег алтернатора
Електромагнетна индукција је феномен који је 1831. године открио енглески физичар Мицхаел Фарадаи (1791-1867), који је открио да када магнетни ток који варира у времену пролази кроз затворени проводни круг, у њему се ствара електрична струја. Управо је овај принцип у основи сваког генератора.
У пракси се принцип електромагнетне индукције примењује на следећи начин: електрична струја настаје у затвореном оквиру (ротору) када је пређе ротирајуће магнетно поље формирано, у зависности од намене и дизајна генератора, трајним магнетима или специјалним узбудни намотаји. Када ротирате оквир, величина магнетног флукса се мења. Што се брже окреће, већи је излазни напон.
1827. године мађарски физичар Ањос Истван Једлик (1800-1895) открио је овај ефекат и искористио га за стварање оригиналног модела генератора електричне струје. Међутим, верујући да је познато, научник није патентирао своје откриће и најавио је стварање првог динама тек 1850. године.
За одвод електричне струје, оквир је опремљен колектором струје, који га претвара у затворену петљу и осигурава стални контакт ротирајућег оквира са непокретним елементима генератора. Опружне четке притиснуте су на колекторске прстенове и тако се електрична струја доводи на излазне стезаљке генератора.
Ротирајући се, половине оквира узастопно пролазе у близини полова магнета. У овом случају долази до цикличне промене смера кретања струје у настајању - на сваком полу се струја креће у једном смеру.
У зависности од дизајна колектора, генератор може да производи и једносмерну и наизменичну струју.
- У једносмерним генераторима, за сваку половину намотаја у колекторском склопу постоје половични прстенови изоловани један од другог. Због чињенице да се ови полупрстенови непрестано мењају четкама, струја не мења свој смер, већ једноставно пулсира.
- У алтернаторима су крајеви оквира везани за клизне прстенове и цела конструкција се окреће око своје осе. Када се оквир окреће, четке, од којих је свака у близини свог прстена, пружају поуздан доњи проводник. У овом случају нема цикличне промене положаја четкица.
Ротирајући део генератора назива се ротор, а непокретни део назива се статор.
Принцип рада АЦ и ДЦ генератора електричне енергије је идентичан. Они се међусобно разликују у дизајну клизних прстенова који се налазе на ротирајућем ротору и конфигурацији намотаја.
У алтернаторима се често користи оригинално техничко решење, засновано на чињеници да се ЕМП јавља у проводнику не само када се окреће у магнетном пољу, већ и када се само магнетно поље ротира у односу на непокретни проводник.
Овај ефекат широко користе програмери који постављају електричне или трајне магнете на ротирајући ротор. У овом случају, напон се уклања са стационарно инсталираног намотаја, што омогућава уклањање сложених дизајна јединица за сакупљање струје.
Генератори наизменичне струје
- конструктивне перформансе;
- метода узбуђења;
- број фаза.
Према начину узбуде, потрошач може наићи на јединице:
- са независним побуђивањем - намотај узбуде напаја се једносмерном струјом из независног извора напајања;
- са самопобуђивањем - исправљена струја из самог генератора се доводи у намотај узбуде;
- уз побуду од трајних магнета - нема намотаја узбуде;
- уз побуду од побуђивача - једносмерног генератора мале снаге, „седи“ на истом вратилу са сервисираним генератором.
По броју фаза електрични генератори су:
- монофазни;
- двофазан;
- трофазни.
У пракси су најчешћи трофазни алтернатори. То је због низа предности карактеристичних за ову врсту агрегата:
- добијање економског ефекта у развоју система за пренос електричне енергије на велике даљине - смањење потрошње материјала трансформаторских уређаја и електричних жица; Ово је олакшано присуством кружног магнетног поља;
- повећани радни век, који осигурава равнотежу система;
- истовремено коришћење линијског и фазног напона.
Структурно, трофазни електрични генератор има три независна намотаја смештена у статору у кругу са међусобним одмаком од 120 °. У овом случају, сваки намотај је једнофазни генератор, који је способан да напаја наизменични напон потрошачу Р. Такав појединачни намотај назива се „фаза”. Фазни намотаји могу бити међусобно повезани "делта" или "звездом".
Постоје и друге шеме за повезивање намотаја, на пример, шестожични Теслин систем или веза Славјанка (комбинација шест намотаја у облику једне „звезде“ и једног „троугла“), али оне нису имале широку примену.
Улогу оквира у уређајима који генеришу наизменичну струју има електромагнет који, док ротира, помера наизменични ЕМФ индукован у намотајима за трећину циклуса један према другом.
Међу многим алтернаторима постоје две главне врсте њиховог дизајна: синхрони и асинхрони. Недавно се, с обзиром на велики број сложених електронских уређаја којима управљају микропроцесори, појавио нови тип електричног генератора - инвертер.
Синхрони генератори електричне енергије
Синхрони алтернатор је структурно састављен од два дела - покретног ротора и фиксног статора.
Када се ротор окреће, а то је електромагнет са језгром и побудним намотајем, повезан са спољним извором напајања помоћу механизма четке, у намотају статора индукује се ЕМР који се доводи на излазне терминале генератора. Овај дизајн елиминише потребу за клизним контактима, што у великој мери поједностављује дизајн јединице. У почетку се магнетни ток побуђује од побуђивача независних произвођача који је причвршћен за заједничку осовину и повезан помоћу система спојницом.
У синхроним електричним генераторима мале снаге, побудни намотај се напаја исправљеном струјом. У овом случају, електрични круг се формира услед активирања трансформатора укључених у круг оптерећења. Ту је укључен и полупроводнички исправљач. Главни електрични круг укључује:
- узбудни намотај;
- подешавање реостата.
Главна карактеристика синхроног генератора је да је фреквенција генерисане електричне струје пропорционална брзини ротора.
Асинхрони генератори електричне енергије
Дизајн асинхроних генератора је једноставан, али истовремено има најгоре техничке карактеристике у поређењу са синхроним јединицама - грешка у фреквенцији може достићи 4%, а у погледу напона - до 10%. Поред тога, асинхрони генератори су пресудни за почетну струју. Због тога се препоручује да се њима управља заједно са стабилизаторима, ау неким случајевима, на пример, за меки старт електричног мотора може бити потребан претварач фреквенције.
Генератори претварача
Инвертерски електрични генератор је конвенционални асинхрони генератор, на чијем излазу је инсталиран додатни стабилизатор излазних параметара.
Ради на следећи начин: напон који генерише асинхрони генератор улази у претварач, где се прво исправља, а затим се од добијеног константног напона формирају импулси дате фреквенције и радног циклуса. На излазу уређаја, ови импулси се претварају у синусоидални напон са готово идеалним техничким карактеристикама.
Погон алтернатора
У домаћем окружењу ротор генератора покрећу мотори са унутрашњим сагоревањем (ИЦЕ) који раде на горива попут бензина или дизела. Истовремено, радни век бензинских генератора опремљених двотактним моторима са унутрашњим сагоревањем је око 500 сати годишње (не више од 4 сата дневно); четворотактни ИЦЕ достиже 5000 сати годишње.
Препоручљиво је користити бензинске генераторе за краће нестанке струје и / или за излазак на село.
Дизел генератори су снажнији и издржљивији од бензинских. Међу њима постоје модели са ваздушним и течним хлађењем. Јединице са ваздушним хлађењем препоручују се за употребу на местима где је електрична енергија често искључена на дуже време.
Изузетно је једноставно користити такве уређаје за домаћинство - потребно је сипати гориво у резервоар, окренути кључ за покретање мотора и повезивање терета. Њихова контролна табла је опремљена свим потребним и интуитивним налепницама и симболима.
Дизелски генератори са течним хлађењем су уређаји сасвим друге категорије. Способни су да раде данима и ноћу и углавном се користе у предузећима као извори резервне енергије.
Индустријски генератори, дизајнирани да генеришу наизменичну струју и испоручују је потрошачима на велике даљине помоћу високонапонских далековода (ПТЛ), раде активирањем хидрауличних или парних турбина. У таквим јединицама, механизам ротора је повезан директно са турбинским точком.
Турбинске генераторе карактеришу велике снаге (до 100.000 кВ) и способни су да генеришу наизменичну струју напона до 16 кВ. У овом случају, дужина и пречник њиховог ротора могу достићи 6,5, односно 15 метара, а брзина ротације потоњег је у опсегу од 1500 ... 3000 о / мин. Такве јединице се уграђују у одвојене просторије на посебно припремљеним бетонским основама.
Опције и могућности генератора домаћинства
Ради лакше употребе, произвођачи своје производе опремају бројним корисним опцијама, међу којима су:
- уређај за аутоматски старт јединице у случају нестанка струје;
- присуство уграђеног РЦД-а који искључује уређај из мреже у случају слома изолације и појаве струје цурења;
- контрола параметара и њихов приказ на дисплеју;
- заштита од преоптерећења.
Када је терет повезан са електричним генератором, чија ће вредност бити нижа од оцењене, јединица ће почети узалудно „појести“ део течног горива, не користећи у потпуности његове могућности.
Неће бити сувишно имати посебно кућиште за сузбијање буке, увећани резервоар за гориво, кућиште које штити јединицу од утицаја ниских температура итд.
Карактеристике инсталације
Потенцијални власник алтернатора пре куповине треба да се побрине за припрему места за његову уградњу. Без обзира на то где ће таква јединица бити инсталирана, у затвореном или на отвореном, требат ће јој равна и чврста платформа. Инсталирање електричног генератора на неравном терену повећаће вибрације, што ће убрзати хабање делова и може довести до квара скупог уређаја.
Када инсталирате генератор у затвореном, важно је обезбедити издувну вентилацију. Поред тога, током рада јединице препоручује се да врата собе оставе отворена, што ће заузврат захтевати уградњу решетке у врата која блокира приступ спољашњим, а што је најважније деци, зони опасности.
Прикључите генератор на мрежу строго у складу са захтевима наведеним у упутству за употребу. У овом случају, електрични кабл мора бити повезан након уводне машине и електричног бројила.
