Druhy elektrických generátorov a zásady ich práce

Elektrický generátor je stroj alebo zariadenie určené na premenu neelektrickej energie na elektrickú energiu: mechanická energia na elektrickú energiu, chemická energia na elektrickú energiu, tepelná energia na elektrickú energiu atď. Dnes v zásade, keď používame slovo „generátor“, máme na mysli mechanický konvertor energia na elektrickú energiu.

Môže to byť prenosný generátor nafty alebo benzínu, generátor jadrovej elektrárne, automobilový generátor, domáci generátor z asynchrónneho elektromotora alebo nízkorýchlostný generátor pre nízkoenergetickú veternú turbínu. Na konci článku uvedieme ako príklad dvoch najbežnejších generátorov, ale najprv si povieme, ako fungujú.

Tak či onak, z fyzikálneho hľadiska je princíp činnosti každého z mechanických generátorov jeden a ten istý: jav elektromagnetickej indukciekeď magnetické pole prechádza vodičom, v tomto vodiči sa objaví indukcia. Zdroje sily, ktorá vedie k vzájomnému pohybu vodiča a magnetického poľa, môžu byť rôzne procesy, v dôsledku toho sa však vždy musí generátor emf a prúd získavať z generátora na napájanie záťaže.

Princíp činnosti elektrického generátora - Faradayov zákon

Princíp elektrického generátora objavil už v roku 1831 anglický fyzik Michael Faraday. Neskôr sa tento princíp nazýval Faradayov zákon. Spočíva v skutočnosti, že keď vodič prechádza kolmo na magnetické pole, na koncoch tohto vodiča nastane potenciálny rozdiel.

Prvý generátor bol postavený samotným Faradayom podľa princípu, ktorý objavil. Bol to „Faraday disk“ - unipolárny generátor, pri ktorom sa medený disk otáčal medzi pólmi magnetu v tvare podkovy. Prístroj produkoval významný prúd s miernym napätím.

Neskôr sa zistilo, že jednotlivé izolované vodiče v generátoroch sú z praktického hľadiska oveľa efektívnejšie ako solídny vodivý disk. A v moderných generátoroch sa teraz používajú vinutia statorových drôtov (v najjednoduchšom prípade cievka drôtu).

alternátor

Prevažná väčšina moderných generátorov sú synchrónne alternátory. Majú kotvové vinutie na statore, z ktorého je generovaná elektrická energia odklonená. Na rotore je umiestnené budiace vinutie, do ktorého je prostredníctvom dvojice kontaktných krúžkov privádzaný konštantný prúd, aby sa rotujúce magnetické pole získalo z rotujúceho rotora.

V dôsledku fenoménu elektromagnetickej indukcie, keď sa rotor otáča z vonkajšieho pohonu (napríklad z motora s vnútorným spaľovaním), jeho magnetický tok striedavo pretne každú fázu vinutia statora, a tým v nich indukuje emf.

Najčastejšie existujú tri fázy, ktoré sú fyzicky posunuté pri vzájomnom ukotvení o 120 stupňov, takže sa získa trojfázový sínusový prúd. Fázy je možné získať spojením „hviezdy“ alebo „trojuholníka“ štandardné sieťové napätie.

Frekvencia sínusového EMF f je úmerná rýchlosti rotora: f = np / 60, kde - p je počet párov magnetických plôch rotora, n je počet otáčok rotora za minútu. Typicky je maximálna rýchlosť rotora 3000 ot / min. Ak pripojíte trojfázový usmerňovač k vinutiu statora takého synchrónneho generátora, získate generátor jednosmerného prúdu (mimochodom, všetci automobiloví generátory pracujú).

Synchrónny generátor s tromi strojmi

Klasický synchrónny generátor má samozrejme jednu vážnu mínus - na rotore sú priľahlé kontaktné krúžky a kefy. Kefy sa opotrebujú v dôsledku trenia a elektrickej erózie. Vo výbušnej atmosfére to nie je prípustné. Preto sú v leteckých a dieselových generátoroch bežnejšie bezkontaktné synchrónne generátory, najmä generátory s tromi strojmi.

Tri stroje majú tri stroje v jednom kryte: pred budič, budič a generátor - na spoločnom hriadeli. Predradič je synchrónny generátor, je budený z permanentných magnetov na hriadeli, napätie, ktoré generuje, je privádzané do statorového vinutia budiča.

Stator patogénu pôsobí na vinutie na rotore spojené s trojfázovým usmerňovačom, ktorý je k nemu pripevnený, z ktorého je napájané hlavné budiace vinutie generátora. Generátor generuje prúd vo svojom statore.

Prenosné generátory na plyn, naftu a benzín

Dnes je v domácnostiach veľmi častý dieselové, plynové a benzínové generátoryktoré používajú ICE ako spaľovací motor - spaľovací motor, ktorý prenáša mechanickú rotáciu na rotor generátora.

Generátory tekutého paliva majú palivové nádrže, plynové generátory musia dodávať palivo potrubím, takže plyn sa potom privádza do karburátora, kde sa zmení na integrálnu súčasť palivovej zmesi.

Vo všetkých prípadoch je palivová zmes spálená v piestovom systéme, čo spôsobuje otáčanie kľukového hriadeľa. Je to podobné ako pri automobile. Kľukový hriadeľ otáča rotor bezkontaktného synchrónneho generátora (alternátor).

Najlepšie invertorové generátory domácich elektrární Majú zabudovanú batériu na kompenzáciu rozdielov a systém dvojitej konverzie, v týchto zariadeniach je striedavé napätie stabilnejšie.

Generátory automobilov

Ďalší príklad alternátora - najbežnejšieho typu generátora na svete - generátor automobilov, Tento generátor tradične obsahuje budiace vinutie s klznými krúžkami na rotore a trojfázové statorové vinutie s usmerňovačom.

Vstavaný elektronický regulátor udržuje napätie v prijateľnom rozsahu pre autobatériu. Automobilový generátor je vysokorýchlostný generátor, ktorého rýchlosť môže dosiahnuť 9000 za minútu.

Aj keď spočiatku je prúd získavaný striedavo (pólové špičky rotora striedavo a v rôznej polarite pretíňujú tri fázy vinutia statora s magnetickými tokmi), potom sa usmerňujú diódy a stávajú sa konštantnými prúdmi vhodnými na nabíjanie batérie.

Nezvyčajné konštrukcie elektrických generátorov:

Generátory zadarmo

Super efektívny motorový generátor Roberta Alexandra

Marxov generátor (generátor impulzného napätia)

Peltierov termomogenerátor

Nanogenerátory pre miniatúrne elektronické zariadenia