Μια γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος είναι μια συσκευή που έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει μη ηλεκτρικούς τύπους ενέργειας (χημική, μηχανική, θερμική) σε ηλεκτρική ενέργεια. Επιπλέον, ο σχεδιασμός του βασίζεται στη χρήση της αρχής της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.
Η αρχή της λειτουργίας και η συσκευή του απλούστερου εναλλάκτη
Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή είναι ένα φαινόμενο που ανακαλύφθηκε το 1831 από τον Βρετανό φυσικό Michael Faraday (1791-1867), ο οποίος ανακάλυψε ότι όταν μια μαγνητική ροή μεταβαλλόμενη στο χρόνο περνά μέσα από ένα κλειστό αγώγιμο κύκλωμα, ένα ηλεκτρικό ρεύμα προκύπτει στο τελευταίο. Αυτή η αρχή βασίζεται σε οποιαδήποτε γεννήτρια.
Στην πράξη, η αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής εφαρμόζεται ως εξής: ένα ηλεκτρικό ρεύμα προκύπτει σε ένα κλειστό πλαίσιο (ρότορας) όταν τέμνεται με ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, σχηματισμένο ανάλογα με το σκοπό και το σχεδιασμό της γεννήτριας από μόνιμους μαγνήτες ή ειδικές περιελίξεις διέγερσης. Όταν το πλαίσιο περιστρέφεται, το μέγεθος της μαγνητικής ροής αλλάζει. Όσο πιο γρήγορα περιστρέφεται, τόσο υψηλότερη είναι η τάση εξόδου.
Το 1827, αυτό το φαινόμενο ανακαλύφθηκε και χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία του αρχικού μοντέλου μιας γεννήτριας ηλεκτρικού ρεύματος από τον Ούγγρο φυσικό Agnos Istvan Jedlik (1800-1895). Ωστόσο, θεωρώντας το διάσημο, ο επιστήμονας δεν κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας την ανακάλυψή του και ανακοίνωσε τη δημιουργία του πρώτου δυναμό το 1850.
Για την αφαίρεση ηλεκτρικού ρεύματος, το πλαίσιο είναι εξοπλισμένο με συλλέκτη ρεύματος, ο οποίος το μετατρέπει σε κλειστό βρόχο και παρέχει συνεχή επαφή του περιστρεφόμενου πλαισίου με στατικά στοιχεία της γεννήτριας. Οι βούρτσες με ελατήριο πιέζονται στους δακτυλίους συλλέκτη και έτσι το ηλεκτρικό ρεύμα τροφοδοτείται στους ακροδέκτες εξόδου της γεννήτριας.
Περιστρεφόμενα, τα μισά του πλαισίου περνούν διαδοχικά κοντά στους πόλους του μαγνήτη. Σε αυτήν την περίπτωση, εμφανίζεται μια κυκλική αλλαγή στην κατεύθυνση της κίνησης του αναδυόμενου ρεύματος - σε κάθε πόλο το ρεύμα κινείται προς μία κατεύθυνση.
Ανάλογα με τη σχεδίαση του συλλέκτη, η γεννήτρια μπορεί να παράγει τόσο συνεχές όσο και εναλλασσόμενο ρεύμα.
- Στις γεννήτριες DC, για κάθε μισό τύλιγμα στον κόμβο συλλέκτη, υπάρχουν απομονωμένοι δακτύλιοι μεταξύ τους. Λόγω του γεγονότος ότι αυτοί οι μισοί δακτύλιοι αλλάζουν συνεχώς βούρτσες, το ρεύμα δεν αλλάζει την κατεύθυνσή του, αλλά απλώς παλμούς.
- Σε εναλλάκτες, τα άκρα του σκελετού συνδέονται με δακτυλίους ολίσθησης και ολόκληρη αυτή η δομή περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της. Κατά την περιστροφή του πλαισίου, οι βούρτσες, καθεμία από τις οποίες είναι πολύ κοντά στο δακτύλιο της, παρέχουν έναν αξιόπιστο αγωγό κάτω. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν συμβαίνει κυκλική αλλαγή στη θέση των πινέλων.
Το περιστρεφόμενο μέρος της γεννήτριας ονομάζεται ρότορας και το στάσιμο τμήμα ονομάζεται στάτορας.
Η αρχή της λειτουργίας γεννητριών εναλλασσόμενου και συνεχούς ρεύματος είναι ίδια. Διαφέρουν μεταξύ τους στο σχεδιασμό των δακτυλίων ολίσθησης που βρίσκονται σε περιστρεφόμενο ρότορα και στη διαμόρφωση των περιελίξεων.
Στις γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος, χρησιμοποιείται συχνά μια αρχική τεχνική λύση, με βάση το γεγονός ότι το EMF εμφανίζεται στον αγωγό όχι μόνο όταν περιστρέφεται σε μαγνητικό πεδίο, αλλά και στην περίπτωση που το ίδιο το μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται σε σχέση με έναν σταθερό αγωγό.
Αυτό το εφέ χρησιμοποιείται ευρέως από προγραμματιστές που τοποθετούν ηλεκτρικούς ή μόνιμους μαγνήτες σε περιστρεφόμενο ρότορα. Σε αυτήν την περίπτωση, η τάση αφαιρείται από τη σταθερή περιέλιξη, η οποία καθιστά δυνατή την απαλλαγή από τα περίπλοκα σχέδια των κόμβων συλλεκτών.
Γεννήτριες AC
Παράγεται ένας τεράστιος αριθμός από τις πιο διαφορετικές γεννήτριες AC. Μπορούν να ταξινομηθούν με τις ακόλουθες παραμέτρους:
- εποικοδομητικός σχεδιασμός
- μέθοδος διέγερσης;
- αριθμός φάσεων
Με τη μέθοδο διέγερσης στον καταναλωτή, μπορούν να βρεθούν συγκεντρωτικά:
- με ανεξάρτητη διέγερση - η περιέλιξη διέγερσης τροφοδοτείται με συνεχές ρεύμα από ανεξάρτητη πηγή ισχύος.
- με αυτοδιέγερση - ένα διορθωμένο ρεύμα από την ίδια τη γεννήτρια παρέχεται στο τύλιγμα διέγερσης.
- με διέγερση από μόνιμους μαγνήτες - χωρίς περιέλιξη διέγερσης.
- με διέγερση από το παθογόνο - γεννήτρια συνεχούς ρεύματος χαμηλής ισχύος, "κάθεται" στον ίδιο άξονα με τη γεννήτρια που σερβίρεται.
Με τον αριθμό των φάσεων, οι ηλεκτρικές γεννήτριες είναι:
- μονή φάση;
- δύο φάσεων
- τρεις φάσεις.
Στην πράξη, οι τριφασικοί εναλλάκτες βρίσκονται πιο συχνά. Αυτό οφείλεται σε ορισμένα πλεονεκτήματα που χαρακτηρίζουν αυτόν τον τύπο αδρανών:
- επίτευξη οικονομικής επίδρασης στην ανάπτυξη συστημάτων μεταφοράς ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις - μείωση της κατανάλωσης υλικού συσκευών μετασχηματιστή και καλωδίων ισχύος · Αυτό συμβάλλει στην παρουσία ενός κυκλικού μαγνητικού πεδίου.
- αυξημένος επιχειρησιακός πόρος, που εξασφαλίζει την ισορροπία του συστήματος ·
- ταυτόχρονη χρήση γραμμικής και φάσης τάσης.
Δομικά, μια τριφασική ηλεκτρική γεννήτρια έχει τρεις ανεξάρτητες περιελίξεις που βρίσκονται στον στάτορα γύρω από την περιφέρεια με μετατόπιση 120 ° το ένα σε σχέση με το άλλο. Επιπλέον, κάθε τύλιγμα είναι μια μονοφασική γεννήτρια, η οποία είναι ικανή να παρέχει εναλλασσόμενη τάση στον καταναλωτή R. Μια τέτοια μονή περιέλιξη ονομάζεται «φάση». Οι περιελίξεις φάσης μπορούν να διασυνδεθούν από ένα "τρίγωνο" ή "αστέρι".
Υπάρχουν άλλα σχήματα για τη σύνδεση των περιελίξεων, για παράδειγμα, το εξασύρματο σύστημα Tesla ή η σύνδεση Slavyanka (ένας συνδυασμός έξι περιελίξεων με τη μορφή ενός «αστεριού» και ενός «τριγώνου»), αλλά δεν χρησιμοποιήθηκαν ευρέως.
Ο ρόλος του πλαισίου σε συσκευές που παράγουν εναλλασσόμενο ρεύμα παίζεται από έναν ηλεκτρομαγνήτη, ο οποίος, περιστρέφοντας, μετατοπίζει τις μεταβλητές EMF που προκαλούνται στις περιελίξεις κατά το ένα τρίτο ενός κύκλου σε σχέση μεταξύ τους.
Μεταξύ των πολλών εναλλακτών, υπάρχουν δύο βασικοί τύποι του σχεδιασμού τους: σύγχρονοι και ασύγχρονοι. Πρόσφατα, δεδομένου του μεγάλου αριθμού σύνθετων ηλεκτρονικών συσκευών που ελέγχονται από μικροεπεξεργαστές, εμφανίστηκε ένας νέος τύπος ηλεκτρικής γεννήτριας - μετατροπέας.
Σύγχρονες γεννήτριες ισχύος
Ένας σύγχρονος εναλλάκτης αποτελείται από δύο μέρη - έναν κινητό δρομέα και έναν σταθερό στάτορα.
Όταν ο ρότορας περιστρέφεται, ο οποίος είναι ένας ηλεκτρομαγνήτης με έναν πυρήνα και μια περιέλιξη διέγερσης, συνδεδεμένος με μια εξωτερική πηγή ισχύος χρησιμοποιώντας έναν μηχανισμό πινέλου, ένα EMF προκαλείται στην περιέλιξη του στάτη, η οποία τροφοδοτείται στους ακροδέκτες εξόδου της γεννήτριας. Αυτός ο σχεδιασμός εξαλείφει την ανάγκη για συρόμενες επαφές, γεγονός που απλοποιεί σε μεγάλο βαθμό το σχεδιασμό της μονάδας. Αρχικά, η μαγνητική ροή διεγείρεται από έναν διεγέρτη τρίτου μέρους τοποθετημένο σε έναν κοινό άξονα και συνδέεται στο σύστημα χρησιμοποιώντας έναν σύνδεσμο.
Στις σύγχρονες γεννήτριες χαμηλής ισχύος, η περιέλιξη πεδίου τροφοδοτείται από ένα διορθωμένο ρεύμα. Σε αυτήν την περίπτωση, το ηλεκτρικό κύκλωμα σχηματίζεται λόγω της ενεργοποίησης των μετασχηματιστών που περιλαμβάνονται στο κύκλωμα φορτίου. Περιλαμβάνεται επίσης ανορθωτής ημιαγωγών. Το κύριο ηλεκτρικό κύκλωμα περιλαμβάνει:
- τύλιγμα πεδίου
- ρύθμιση του ρεοστάτη.
Το κύριο χαρακτηριστικό της σύγχρονης γεννήτριας είναι ότι η συχνότητα του παραγόμενου ηλεκτρικού ρεύματος είναι ανάλογη με την ταχύτητα του ρότορα.
Ασύγχρονες γεννήτριες ισχύος
Ένας ασύγχρονος εναλλάκτης διαφέρει από έναν σύγχρονο ελλείψει μιας άκαμπτης σύνδεσης μεταξύ των ταχυτήτων του ρότορα και του επαγόμενου emf. Η διαφορά μεταξύ αυτών των παραμέτρων ονομάζεται «ολίσθηση». Υπάρχει ένα κενό αέρα μεταξύ του ρότορα και του στάτη της ασύγχρονης γεννήτριας. Ταυτόχρονα, η ροπή πέδησης που συμβαίνει όταν το φορτίο είναι συνδεδεμένο και αποτρέπει την περιστροφή του ρότορα επηρεάζει τη συχνότητα του παραγόμενου EMF. Επομένως, η ηλεκτρική ενέργεια σε ασύγχρονες γεννήτριες παράγεται με αυξημένη ταχύτητα ρότορα.
Ο σχεδιασμός των ασύγχρονων γεννητριών είναι απλός, αλλά έχει τα χειρότερα τεχνικά χαρακτηριστικά σε σύγκριση με τις σύγχρονες μονάδες - το σφάλμα στη συχνότητα μπορεί να φτάσει το 4% και σε τάση έως και 10%. Επιπλέον, οι ασύγχρονες γεννήτριες είναι κρίσιμες για το ρεύμα εισόδου. Επομένως, συνιστάται να τα χρησιμοποιείτε μαζί με σταθεροποιητές, και σε ορισμένες περιπτώσεις, για παράδειγμα, για μια ομαλή εκκίνηση του ηλεκτροκινητήρα, μπορεί να χρειαστεί ένας μετατροπέας συχνότητας.
Γεννήτριες μετατροπέα
Μια γεννήτρια αναστροφέων είναι μια συμβατική ασύγχρονη γεννήτρια, στην έξοδο της οποίας είναι εγκατεστημένος ένας πρόσθετος σταθεροποιητής παραμέτρων εξόδου.
Λειτουργεί ως εξής: η τάση που παράγεται από μια ασύγχρονη γεννήτρια πηγαίνει στον μετατροπέα, όπου πρώτα διορθώνεται και στη συνέχεια σχηματίζονται παλμοί μιας δεδομένης συχνότητας και κύκλου λειτουργίας από την προκύπτουσα τάση DC. Στην έξοδο της συσκευής, αυτοί οι παλμοί μετατρέπονται σε ημιτονοειδή τάση με σχεδόν τέλεια τεχνικά χαρακτηριστικά.
Μονάδα εναλλαγής
Σε οικιακές συνθήκες, ο ρότορας της γεννήτριας κινείται από κινητήρες εσωτερικής καύσης (ICE) που λειτουργούν με καύσιμα όπως βενζίνη ή ντίζελ. Ταυτόχρονα, η διάρκεια ζωής των γεννητριών βενζίνης που είναι εφοδιασμένες με push-pull ICE είναι περίπου 500 ώρες ετησίως (όχι περισσότερο από 4 ώρες την ημέρα). το τετράχρονο ICE φτάνει τις 5000 ώρες ετησίως.
Συνιστάται να χρησιμοποιείτε ηλεκτρικές γεννήτριες βενζίνης για σύντομες διακοπές ρεύματος ή / και για έξοδο στην ύπαιθρο.
Οι γεννήτριες που λειτουργούν με καύσιμο ντίζελ χαρακτηρίζονται από υψηλή ισχύ και πολύ πιο ανθεκτική βενζίνη. Μεταξύ αυτών υπάρχουν μοντέλα με ψύξη αέρα και υγρού. Οι αερόψυκτες μονάδες συνιστώνται για χρήση σε μέρη όπου η ηλεκτρική ενέργεια απενεργοποιείται συχνά για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Η χρήση τέτοιων οικιακών συσκευών είναι εξαιρετικά απλή - πρέπει να γεμίσετε το καύσιμο στο ρεζερβουάρ, να γυρίσετε το κλειδί για να ξεκινήσετε τον κινητήρα και να συνδέσετε το φορτίο. Ο πίνακας ελέγχου τους είναι εξοπλισμένος με όλες τις απαραίτητες και διαισθητικές επιγραφές και σύμβολα.
Οι γεννήτριες ντίζελ με υγρά ψύξη είναι συσκευές σε μια εντελώς διαφορετική κατηγορία. Είναι σε θέση να εργάζονται για μέρες και χρησιμοποιούνται κυρίως σε επιχειρήσεις ως εφεδρικές πηγές ενέργειας.
Οι βιομηχανικές γεννήτριες που έχουν σχεδιαστεί για να παράγουν εναλλασσόμενο ρεύμα και να το παρέχουν στους καταναλωτές σε μεγάλες αποστάσεις χρησιμοποιώντας γραμμές υψηλής τάσης (γραμμές μεταφοράς) λειτουργούν ενεργοποιώντας υδραυλικές ή ατμοστρόβιλους. Σε τέτοιες μονάδες, ο μηχανισμός του ρότορα συνδέεται απευθείας στον τροχό τουρμπίνας.
Οι γεννήτριες στροβίλων χαρακτηρίζονται από υψηλή ισχύ (έως 100.000 kW) και είναι σε θέση να παράγουν εναλλασσόμενο ρεύμα με τάση έως 16 kV. Το μήκος και η διάμετρος του ρότορα μπορούν να φτάσουν τα 6,5 και 15 μέτρα, αντίστοιχα, και η ταχύτητα περιστροφής του τελευταίου είναι στην περιοχή 1500 ... 3000 σ.α.λ.Τοποθετήστε τέτοιες μονάδες σε ξεχωριστούς χώρους σε ειδικά προετοιμασμένα υποστρώματα από σκυρόδεμα.
Επιλογές και δυνατότητες οικιακών ηλεκτρικών γεννητριών
Για ευκολία στη χρήση, οι κατασκευαστές εξοπλίζουν τα προϊόντα τους με μια σειρά χρήσιμων επιλογών, μεταξύ των οποίων είναι:
- συσκευή για αυτόματη εκκίνηση της μονάδας κατά τη διάρκεια διακοπής ρεύματος.
- την παρουσία ενός ενσωματωμένου RCD, αποσύνδεσης της συσκευής από το δίκτυο κατά τη διάρκεια της διακοπής της μόνωσης και την εμφάνιση ρεύματος διαρροής ·
- ελέγξτε τις παραμέτρους και εμφανίστε τις στην οθόνη.
- προστασία από υπερφόρτωση.
Όταν ένα φορτίο συνδέεται με μια ηλεκτρική γεννήτρια, η τιμή της οποίας θα είναι χαμηλότερη από την ονομαστική, η μονάδα θα αρχίσει να «καταναλώνει» μέρος του υγρού καυσίμου για τίποτα, χωρίς να αξιοποιήσει πλήρως τις δυνατότητές της.
Δεν θα ήταν περιττό να υπάρχει στη συσκευασία ένα ειδικό περίβλημα σίγασης, ένα αυξημένο ρεζερβουάρ καυσίμου, ένα περίβλημα που προστατεύει τη μονάδα από χαμηλή θερμοκρασία κ.λπ.
Χαρακτηριστικά εγκατάστασης
Ένας δυνητικός ιδιοκτήτης ενός εναλλάκτη πρέπει να φροντίσει για την προετοιμασία του χώρου εγκατάστασης πριν από την αγορά. Ανεξάρτητα από το πού θα εγκατασταθεί μια τέτοια μονάδα, σε εσωτερικούς ή εξωτερικούς χώρους, θα χρειαστεί μια επίπεδη και συμπαγής πλατφόρμα. Η εγκατάσταση ηλεκτρικής γεννήτριας σε μια ανώμαλη τοποθεσία θα οδηγήσει σε αύξηση των κραδασμών, η οποία θα επιταχύνει τη φθορά των εξαρτημάτων και μπορεί να προκαλέσει βλάβη μιας ακριβής συσκευής.
Κατά την εγκατάσταση της γεννήτριας σε ένα δωμάτιο, είναι σημαντικό να εξασφαλιστεί η παρουσία εξαερισμού καυσαερίων. Επιπλέον, κατά τη λειτουργία της μονάδας, συνιστάται να αφήσετε την πόρτα του δωματίου ανοιχτή, η οποία με τη σειρά της θα απαιτήσει την εγκατάσταση μάσκας στην πόρτα που εμποδίζει τους εξωτερικούς, και κυρίως τα παιδιά, να έχουν πρόσβαση στη ζώνη κινδύνου.
Η ηλεκτρική γεννήτρια συνδέεται στο δίκτυο σύμφωνα με τις απαιτήσεις που ορίζονται στις οδηγίες λειτουργίας. Σε αυτήν την περίπτωση, το ηλεκτρικό καλώδιο πρέπει να συνδεθεί μετά την εισαγωγική μηχανή και τον ηλεκτρικό μετρητή.
