En elektrisk strömgenerator är en enhet konstruerad för att omvandla icke-elektriska energityper (kemiska, mekaniska, termiska) till elektrisk energi. Dessutom är dess design baserad på användningen av principen för elektromagnetinduktion.
Funktionsprincipen och anordningen för den enklaste generatoren
Elektromagnetisk induktion är ett fenomen som upptäcktes 1831 av den engelska fysikern Michael Faraday (1791-1867), som upptäckte att när ett tidsvarierande magnetiskt flöde passerar genom en sluten ledande krets, genereras en elektrisk ström i den senare. Det är denna princip som ligger till grund för alla generatorer.
I praktiken implementeras principen för elektromagnetisk induktion enligt följande: en elektrisk ström uppstår i en stängd ram (rotor) när den korsas av ett roterande magnetfält som bildas, beroende på generatörens syfte och design, av permanentmagneter eller specialmagneter excitationslindningar. När ramen roterar ändras det magnetiska flödesvärdet. Ju snabbare det snurrar, desto högre utspänning.
År 1827 upptäckte den ungerska fysikern Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) denna effekt och använde den för att skapa en originalmodell av en elektrisk strömgenerator. Men trodde att det var välkänt patenterade inte forskaren sin upptäckt och meddelade skapandet av den första dynamon först 1850.
För att tömma den elektriska strömmen är ramen utrustad med en strömkollektor, som förvandlar den till en sluten slinga och säkerställer konstant kontakt mellan den roterande ramen och generatorns stationära element. De fjäderbelastade borstarna pressas mot kollektorringarna och därmed matas den elektriska strömmen till generatorns utgångar.
Roterande, ramhalvorna passerar successivt nära magneterna. I detta fall inträffar en cyklisk förändring i rörelseriktningen för den växande strömmen - vid varje pol rör sig strömmen i en riktning.
Beroende på kollektorns konstruktion kan generatorn producera både likström och växelström.
- I likströmsgeneratorer finns det för varje hälft av lindningen i uppsamlingsaggregatet halva ringar isolerade från varandra. På grund av det faktum att dessa halvringar förändras ständigt med borstar ändrar inte strömmen sin riktning utan pulserar helt enkelt.
- I generatorer är ramens ändar bundna till glidringar och hela strukturen roterar runt dess axel. När ramen roterar ger borstarna, som var och en ligger tätt intill sin egen ring, en pålitlig dunledare. I det här fallet sker ingen cyklisk förändring i borstarnas läge.
Den roterande delen av generatorn kallas rotorn och den stationära delen kallas stator.
Principen för drift av växelströms- och likströmsgeneratorer är identisk. De skiljer sig från varandra i utformningen av glidringarna placerade på den roterande rotorn och utformningen av lindningarna.
I generatorer används ofta en original teknisk lösning baserad på det faktum att EMF förekommer i en ledare inte bara när den roterar i ett magnetfält utan också när magnetfältet i sig roterar relativt en stationär ledare.
Denna effekt används ofta av utvecklare som placerar elektriska eller permanenta magneter på en roterande rotor. I detta fall avlägsnas spänningen från den stationära installerade lindningen, vilket gör det möjligt att bli av med komplexa konstruktioner av strömuppsamlingsenheter.
Växelströmsgeneratorer
- konstruktiv prestanda;
- metod för spänning;
- antal faser.
Enligt metoden för excitation kan konsumenten stöta på enheter:
- med oberoende excitation - excitationslindningen drivs av likström från en oberoende kraftkälla;
- med självexcitering - en likriktad ström från själva generatorn matas till exciteringslindningen;
- med excitation från permanentmagneter - det finns ingen excitationslindning;
- med excitation från en exciterare - en likströmsgenerator med låg effekt som "sitter" på samma axel med generatorn som servas.
Enligt antalet faser är elektriska generatorer:
- en fas;
- bifasisk;
- tre fas.
I praktiken är trefasgeneratorer de vanligaste. Detta beror på ett antal fördelar som är karakteristiska för denna typ av aggregat:
- att få en ekonomisk effekt i utvecklingen av system för överföring av el över långa avstånd - minska materialförbrukningen hos transformatoranordningar och kraftledningar; Detta underlättas av närvaron av ett cirkulärt magnetfält;
- ökad livslängd, vilket säkerställer balans i systemet;
- samtidig användning av linje- och fasspänning.
Strukturellt har en trefas elektrisk generator tre oberoende lindningar placerade i statorn i en cirkel med en förskjutning på 120 ° i förhållande till varandra. I detta fall är varje lindning en enfasgenerator, som kan leverera en växelspänning till konsumenten R. En sådan lindning kallas "fas". Faslindningar kan vara sammankopplade med "delta" eller "stjärna".
Det finns andra system för att ansluta lindningarna, till exempel det sex-trådiga Tesla-systemet eller Slavyanka-anslutningen (en kombination av sex lindningar i form av en "stjärna" och en "triangel"), men de användes inte i stor utsträckning.
Ramens roll i enheter som genererar växelström spelas av en elektromagnet, som, medan den roterar, förskjuter den växlande EMF som induceras i lindningarna med en tredjedel av en cykel i förhållande till varandra.
Bland de många generatorerna finns det två huvudtyper av deras design: synkron och asynkron. Nyligen, med tanke på det stora antalet komplexa elektroniska enheter som styrs av mikroprocessorer, har en ny typ av elektrisk generator dykt upp - växelriktare.
Synkrona kraftgeneratorer
En synkron generator är strukturellt sammansatt av två delar - en rörlig rotor och en fast stator.
När rotorn roterar, som är en elektromagnet med en kärna och en exciteringslindning, ansluten till en extern strömkälla med hjälp av en borstmekanism, induceras en EMF i statorlindningen, som matas till generatorns utgångar. Denna design eliminerar behovet av glidkontakter, vilket förenklar enhetens utformning avsevärt. Inledningsvis exciteras det magnetiska flödet från en tredje parts excitator som är ansluten till en gemensam axel och ansluten till systemet med hjälp av en koppling.
I synkrona elgeneratorer med låg effekt drivs excitationslindningen av likriktad ström. I detta fall bildas den elektriska kretsen på grund av aktiveringen av transformatorerna som ingår i belastningskretsen. En halvledarlikriktare ingår också där. Den huvudsakliga elektriska kretsen inkluderar:
- excitationslindning;
- justera reostat.
Huvuddraget för en synkron generator är att frekvensen för den genererade elektriska strömmen är proportionell mot rotorhastigheten.
Asynkrona kraftgeneratorer
Utformningen av asynkrona generatorer är enkel, men samtidigt har den de sämsta tekniska egenskaperna i jämförelse med synkrona enheter - frekvensfelet kan nå 4% och när det gäller spänning - upp till 10%. Dessutom är asynkrona generatorer kritiska för startströmmen. Därför rekommenderas att manövrera dem i kombination med stabilisatorer, och i vissa fall, till exempel för en mjuk start av en elmotor, kan en frekvensomvandlare behövas.
Invertergeneratorer
En växelriktarens elektriska generator är en konventionell asynkron generator, vid utgången som en extra stabilisator för utgångsparametrar är installerad.
Det fungerar enligt följande: spänningen som genereras av den asynkrona generatorn kommer in i växelriktaren, där den först rättas till, och sedan bildas pulser av en given frekvens och arbetscykel från den erhållna konstanta spänningen. Vid enhetens utgång omvandlas dessa pulser till en sinusformad spänning med nästan idealiska tekniska egenskaper.
Generatordrivning
I en hemmamiljö drivs generatorrotorn av förbränningsmotorer (ICE) som körs på bränslen som bensin eller diesel. Samtidigt är livslängden för bensingeneratorer utrustade med tvåtakts förbränningsmotorer cirka 500 timmar per år (högst 4 timmar per dag). fyrtakts ICE når 5000 timmar per år.
Det är tillrådligt att använda bensingeneratorer för korta strömavbrott och / eller för att gå ut på landsbygden.
Dieselgeneratorer är kraftfullare och mer hållbara än bensingeneratorer. Bland dem finns modeller med luft- och vätskekylning. Luftkylda enheter rekommenderas för användning på platser där el ofta stängs av under lång tid.
Att använda sådana hushållsapparater är extremt enkelt - du måste fylla i bränsle i tanken, vrida nyckeln för att starta motorn och ansluta lasten. Deras kontrollpanel är försedd med alla nödvändiga och intuitiva etiketter och symboler.
Vätskekylda dieselgeneratorer är enheter i en helt annan kategori. De kan arbeta dag och natt och används främst i företag som källor till reservkraft.
Industriella generatorer, utformade för att generera växelström och leverera den till konsumenter över långa sträckor med hjälp av högspänningsledningar (PTL), fungerar genom att aktivera hydrauliska eller ångturbiner. I sådana enheter är rotormekanismen ansluten direkt till turbinhjulet.
Turbinkraftgeneratorer kännetecknas av hög effekt (upp till 100 000 kW) och kan generera växelström med spänning upp till 16 kV. I detta fall kan rotorns längd och diameter nå 6,5 respektive 15 meter, och rotationshastigheten för den senare ligger i området 1500 ... 3000 varv / min. Sådana enheter installeras i separata rum på specialberedda betongbaser.
Alternativ och funktioner för hushållsgeneratorer
För att underlätta användningen utrustar tillverkarna sina produkter med ett antal användbara alternativ, bland annat:
- anordning för automatisk start av enheten vid strömavbrott;
- närvaron av en inbyggd jordfelsbrytare som kopplar bort enheten från elnätet i händelse av isoleringsavbrott och förekomst av läckström;
- kontroll av parametrar och deras visning på skärmen;
- överbelastningsskydd.
När en last ansluts till en elektrisk generator, vars värde kommer att vara lägre än den nominella, kommer enheten att börja "äta upp" en del av det flytande bränslet förgäves, utan att helt utnyttja dess kapacitet.
Det kommer inte att vara överflödigt att i leveranssatsen ha ett speciellt bullerdämpande hölje, en förstorad bränsletank, ett hölje som skyddar enheten från effekterna av låga temperaturer etc.
Installationsfunktioner
Den potentiella ägaren av en generator innan du köper bör ta hand om att förbereda en plats för installationen. Oavsett var en sådan enhet kommer att installeras, inomhus eller utomhus, behöver den en platt och solid plattform. Att installera en elektrisk generator på ojämn mark kommer att öka vibrationerna, vilket kommer att påskynda slitaget på delar och kan orsaka att en dyr enhet misslyckas.
När du installerar generatorn inomhus är det viktigt att se till att avgaserna är ventilerade. Dessutom rekommenderas det att under drift av enheten lämnar rumsdörren öppen, vilket i sin tur kräver installation av ett galler i dörröppningen som blockerar utomstående, och framför allt barn, tillgång till riskzonen.
Anslut generatorn till elnätet i enlighet med kraven i bruksanvisningen. I så fall måste elkabeln anslutas efter introduktionsmaskinen och elmätaren.
