En elektrisk strømgenerator er en anordning designet til at konvertere ikke-elektriske energityper (kemisk, mekanisk, termisk) til elektrisk energi. Desuden er dens design baseret på brugen af princippet om elektromagnetisk induktion.
Funktionsprincippet og enheden til den enkleste generator
Elektromagnetisk induktion er et fænomen, der blev opdaget i 1831 af den britiske fysiker Michael Faraday (1791-1867), der opdagede, at når en tidsvarierende magnetisk flux passerer gennem et lukket ledende kredsløb, opstår der en elektrisk strøm i sidstnævnte. Det er dette princip, der ligger til grund for enhver generator.
I praksis implementeres princippet om elektromagnetisk induktion som følger: en elektrisk strøm opstår i en lukket ramme (rotor), når den skærer et roterende magnetfelt, dannet afhængigt af generatorens formål og design med permanente magneter eller specielle excitationsviklinger. Når rammen roterer, ændres magnetfluxens størrelse. Jo hurtigere den roterer, jo højere er udgangsspændingen.
I 1827 blev denne effekt opdaget og brugt i oprettelsen af den originale model af en elektrisk strømgenerator af den ungarske fysiker Agnos Istvan Jedlik (1800-1895). I betragtning af den kendte patenterede forskeren imidlertid ikke sin opdagelse og meddelte først oprettelsen af den første dynamo i 1850.
For at fjerne elektrisk strøm er rammen udstyret med en strømopsamler, der omdanner den til en lukket sløjfe og giver konstant kontakt af den roterende ramme med stationære elementer i generatoren. Fjederbelastede børster presses mod samlerringene, og den elektriske strøm forsynes således til generatorens udgangsterminaler.
Roterende passerer rammens halvdele sekventielt nær magnetens poler. I dette tilfælde sker der en cyklisk ændring i bevægelsesretningen for den nye strøm - ved hver pol bevæger strømmen sig i en retning.
Afhængig af kollektorens design kan generatoren generere både jævnstrøm og vekselstrøm.
- I jævnstrømsgeneratorer er der for hver halvdel af viklingen i opsamlingsnoden isolerede ringe fra hinanden. På grund af det faktum, at disse halvringe konstant skifter børster, ændrer strømmen ikke retning, men pulserer simpelthen.
- I alternatorer er enderne af rammen bundet til glideringe, og hele strukturen roterer rundt om dens akse. Når man drejer rammen, giver børster, der hver især er tæt ved sin ring, en pålidelig nedleder. I dette tilfælde forekommer der ikke en cyklisk ændring i børstenes placering.
Den roterende del af generatoren kaldes rotoren, og den stationære del kaldes statoren.
Princippet om drift af vekselstrøms- og likestrømsgeneratorer er identisk. De adskiller sig indbyrdes i udformningen af glideringer placeret på en roterende rotor og konfigurationen af viklingerne.
I vekselstrømsgeneratorer bruges ofte en original teknisk løsning, der er baseret på det faktum, at EMF vises i lederen, ikke kun når den roterer i et magnetfelt, men også i det tilfælde, hvor selve magnetfeltet roterer i forhold til en stationær leder.
Denne effekt er vidt brugt af udviklere, der placerer elektriske eller permanente magneter på en roterende rotor. I dette tilfælde fjernes spændingen fra den stationære monterede vikling, hvilket gør det muligt at slippe af med de komplekse konstruktioner af kollektorenheder.
AC generatorer
Et stort antal af de mest forskellige vekselstrømsgeneratorer produceres. De kan klassificeres efter følgende parametre:
- konstruktivt design;
- excitationsmetode;
- antal faser.
Ved hjælp af excitation til forbrugeren kan aggregater findes:
- med uafhængig excitation - excitationsviklingen forsynes med jævn strøm fra en uafhængig strømkilde;
- med selv-excitation - en ensrettet strøm fra selve generatoren tilføres excitationsviklingen;
- med excitation fra permanente magneter - ingen excitation vikling;
- med excitation fra patogenen - en DC-generator med lav effekt, "siddende" på den samme aksel med den serverede generator.
Efter antallet af faser er elektriske generatorer:
- enkelt fase;
- to-fase;
- trefase.
I praksis findes oftest trefasealternatorer. Dette skyldes en række fordele, der er karakteristiske for denne type aggregater:
- opnåelse af en økonomisk effekt i udviklingen af krafttransmissionssystemer til lang afstand - reduktion af materialeforbruget på transformatorenheder og strømkabler; Dette bidrager til tilstedeværelsen af et cirkulært magnetfelt;
- øget operationel ressource, som sikrer balance i systemet;
- samtidig brug af lineær og fasespænding.
Strukturelt set har en trefaset elektrisk generator tre uafhængige viklinger placeret i statoren omkring omkredsen med en forskydning på 120 ° i forhold til hinanden. Derudover er hver vikling en enfasegenerator, der er i stand til at levere vekslende spænding til forbrugeren R. En sådan enkelt vikling kaldes "fase". Faseviklinger kan forbindes med en "trekant" eller "stjerne".
Der er andre ordninger til tilslutning af viklingerne, for eksempel det seks-tråds Tesla-system eller Slavyanka-forbindelsen (en kombination af seks viklinger i form af en "stjerne" og en "trekant"), men de blev ikke brugt meget.
Rammens rolle i apparater, der genererer vekselstrøm, spilles af en elektromagnet, der roterer forskydning af EMF-variablerne induceret i viklingerne med en tredjedel af en cyklus i forhold til hinanden.
Blandt de mange alternatorer er der to hovedtyper af deres design: synkron og asynkron. For nylig, i betragtning af det store antal komplekse elektroniske enheder, der er kontrolleret af mikroprocessorer, har en ny type elektrisk generator vist sig - inverter.
Synkrone strømgeneratorer
En synkron vekselstrømsgenerator består af to dele - en bevægelig rotor og en fast stator.
Når rotoren roterer, som er en elektromagnet med en kerne og en excitationsvikling, der er forbundet til en ekstern strømkilde ved hjælp af en børstemekanisme, induceres en EMF i statorviklingen, der føres til generatorens udgangsterminaler. Dette design eliminerer behovet for glidekontakter, hvilket i høj grad forenkler designen af enheden. Oprindeligt exciteres magnetfluxen fra en tredjeparts exciter monteret på en fælles aksel og forbundet til systemet ved hjælp af en kobling.
I synkrongeneratorer med lavt strømforsyning drives feltviklingen af en ensrettet strøm. I dette tilfælde dannes det elektriske kredsløb på grund af aktiveringen af transformatorer inkluderet i belastningskredsløbet. En halvleder ensretter er også inkluderet. Det vigtigste elektriske kredsløb inkluderer:
- feltvikling;
- justering af reostat.
Hovedfunktionen i den synkrone generator er, at frekvensen af den genererede elektriske strøm er proportional med rotorhastigheden.
Asynkrone strømgeneratorer
En asynkron alternator adskiller sig fra en synkron i fraværet af en stiv forbindelse mellem rotorhastighederne og den inducerede emk. Forskellen mellem disse parametre kaldes "slip". Der er en luftspalte mellem rotoren og statoren i den asynkrone generator. I dette tilfælde påvirker det bremsemoment, der opstår, når lasten er tilsluttet og forhindrer rotation af rotoren, frekvensen af den genererede EMF. Derfor genereres elektricitet i asynkrone generatorer med en øget rotorhastighed.
Designet af asynkron generatorer er enkelt, men det har de værste tekniske egenskaber sammenlignet med synkrone enheder - frekvensfejlen kan nå op på 4% og i spænding op til 10%. Derudover er asynkrone generatorer kritiske for indgangsstrømmen. Derfor anbefales det at betjene dem sammen med stabilisatorer, og i nogle tilfælde, for eksempel til en jævn start af elmotoren, kan det være nødvendigt med en frekvensomformer.
Invertergeneratorer
En invertergenerator er en konventionel asynkron generator, ved hvilken udgangen der er installeret en ekstra stabilisator af outputparametre.
Det fungerer som følger: den spænding, der genereres af en asynkron generator, tilføres inverteren, hvor den først udbedres, og derefter dannes pulser af en given frekvens og driftscyklus ud fra den opnåede konstante spænding. Ved enhedens udgang konverteres disse impulser til en sinusformet spænding med næsten perfekte tekniske egenskaber.
Generator drev
Under hjemmeforhold drives generatorrotoren af forbrændingsmotorer (ICE), der fungerer på brændstoffer som benzin eller dieselbrændstof. Samtidig er driftslevetiden for benzingeneratorer udstyret med push-pull ICE'er ca. 500 timer om året (højst 4 timer om dagen); firetakters ICE når 5000 timer om året.
Det anbefales at bruge benzinelektriske generatorer til korte strømafbrydelser og / eller til at gå ud i landskabet.
Generatorer, der kører på diesel, er kendetegnet ved høj effekt og meget mere holdbar benzin. Blandt dem er der modeller med luft- og væskekøling. Luftkølede enheder anbefales til brug på steder, hvor elektricitet ofte er slukket i lang tid.
Det er ekstremt enkelt at bruge sådanne husholdningsapparater - du skal udfylde brændstof i tanken, dreje nøglen for at starte motoren og tilslutte belastningen. Deres kontrolpanel er udstyret med alle nødvendige og intuitive inskriptioner og symboler.
Væskekølede dieselgeneratorer er enheder i en helt anden kategori. De er i stand til at arbejde i dage og bruges hovedsageligt i virksomheder som backup-strømkilder.
Industrielle generatorer designet til at generere vekselstrøm og levere den til forbrugere over lange afstande ved hjælp af højspændingsledninger (transmissionsledninger) fungerer ved at aktivere hydrauliske eller dampturbiner. I sådanne enheder er rotormekanismen forbundet direkte til turbinhjulet.
Turbinegeneratorer er kendetegnet ved høj effekt (op til 100.000 kW) og er i stand til at generere vekselstrøm med spænding op til 16 kV. Længden og diameteren af deres rotor kan nå henholdsvis 6,5 og 15 meter, og sidstnævnte rotationshastighed ligger i området 1500 ... 3000 o / min.Installer sådanne enheder i separate rum på specielt forberedte betonunderlag.
Valgmuligheder og muligheder hos elektriske generatorer til husholdningen
For at gøre brugervenligheden udstyrer producenterne deres produkter med en række nyttige muligheder, blandt dem:
- enhed til automatisk start af enheden under strømafbrydelse;
- tilstedeværelsen af en indbygget RCD, frakobling af enheden fra lysnettet under nedbrydning af isolering og udseendet af en lækstrøm;
- kontrolparametre og vis dem på displayet;
- overbelastningsbeskyttelse.
Når en belastning er tilsluttet en elektrisk generator, hvis værdi vil være lavere end den nominelle, begynder enheden at "spise op" en del af det flydende brændstof for intet uden fuldt ud at udnytte dets egenskaber.
Det vil ikke være overflødigt at have en speciel lyddæmpende hus, en forøget brændstoftank, et hus, der beskytter enheden mod udsættelse for lav temperatur osv.
Installationsfunktioner
En potentiel ejer af en generator skal tage sig af forberedelsen af installationsstedet, før de køber. Uanset hvor en sådan enhed vil blive installeret, indendørs eller udendørs, kræver det en flad og solid platform. Installation af en elektrisk generator på et ujævnt sted vil føre til en stigning i vibrationer, hvilket vil fremskynde slid på dele og kan provosere svigt i en dyre enhed.
Når man installerer generatoren i et rum, er det vigtigt at sørge for tilstedeværelse af udstødningsventilation. Under driften af enheden anbefales det desuden at lade døren til rummet være åben, hvilket igen kræver installation af et gitter i døren, der blokerer for udenforstående, og vigtigst af alt, børn fra adgang til farezonen.
Den elektriske generator er tilsluttet lysnettet i nøje overensstemmelse med kravene i driftsvejledningen. I dette tilfælde skal det elektriske kabel tilsluttes efter introduktionsmaskinen og den elektriske måler.
