Sähkövirran generaattori on laite, joka on suunniteltu muuntamaan ei-sähköiset (kemiallinen, mekaaninen, lämpö) energiat sähköenergiaksi. Lisäksi sen suunnittelu perustuu sähkömagneettisen induktion periaatteen käyttöön.
Yksinkertaisen laturin toimintaperiaate ja laite
Sähkömagneettinen induktio on ilmiö, jonka vuonna 1831 löysi brittiläinen fyysikko Michael Faraday (1791-1867). Hän löysi, että kun ajanmuutoksen mukaan tapahtuva magneettinen virta kulkee suljetun johtavan piirin läpi, jälkimmäisessä syntyy sähkövirta. Tämän periaatteen taustalla on kaikki generaattorit.
Käytännössä sähkömagneettisen induktion periaate toteutetaan seuraavasti: suljettuun kehykseen (roottoriin) syntyy sähkövirta, kun se leikkaa pyörivän magneettikentän kanssa, joka on muodostettu generaattorin tarkoituksesta ja mallista riippuen kestomagneeteilla tai erityisillä virityskäämillä. Kun kehys pyörii, magneettisen vuon suuruus muuttuu. Mitä nopeammin se pyörii, sitä suurempi lähtöjännite on.
Vuonna 1827 unkarilainen fyysikko Agnos Istvan Jedlik (1800-1895) löysi tämän vaikutuksen ja käytti alkuperäisen mallin luomista sähkövirtageneraattoria. Kuitenkin pitäen sitä kuuluisana, tutkija ei patentoinut löytöjään, ja ilmoitti ensimmäisen dinamon luomisesta vasta vuonna 1850.
Sähkövirran poistamiseksi kehys on varustettu virrankeräimellä, joka muuttaa siitä suljetun silmukan ja tarjoaa pyörivän kehyksen jatkuvan kosketuksen generaattorin kiinteiden elementtien kanssa. Jousikuormitetut harjat painetaan keräysrenkaita vasten ja siten sähkövirta johdetaan generaattorin lähtöliittimiin.
Pyörivät kehyksen puoliskot kulkevat peräkkäin magneettinapojen lähellä. Tässä tapauksessa tapahtuu sykliset muutokset syntyvän virran liikesuunnassa - jokaisella navalla virta liikkuu yhteen suuntaan.
Kollektorin mallista riippuen generaattori voi tuottaa sekä tasa- että vaihtovirtaa.
- Tasavirtageneraattoreissa keräyssolmun käämin jokaisella puoliskolla on erillisiä renkaita toisistaan. Koska nämä puolirenkaat muuttuvat jatkuvasti harjoilla, virta ei muuta suuntaa, vaan yksinkertaisesti sykkää.
- Vaihteistogeneraattoreissa rungon päät on sidottu liukurenkaisiin ja tämä koko rakenne pyörii akselinsa ympäri. Kehystä kiertäessä harjat, joista jokainen on tiukasti renkaansa vieressä, tarjoavat luotettavan alajohtimen. Tässä tapauksessa harjojen sijainti ei muuttu syklisesti.
Generaattorin pyörivää osaa kutsutaan roottoriksi ja kiinteää osaa staattoriksi.
Vaihto- ja tasavirtageneraattorien toimintaperiaate on identtinen. Ne eroavat toisistaan pyörivällä roottorilla sijaitsevien liukurengasten suunnittelussa ja käämien kokoonpanossa.
Vaihtovirtageneraattoreissa käytetään usein alkuperäistä teknistä ratkaisua, joka perustuu siihen tosiseikkaan, että EMF esiintyy johtimessa paitsi, kun se pyörii magneettikentässä, myös silloin, kun magneettikenttä pyörii itse paikallaan olevan johtimen suhteen.
Tätä vaikutusta käyttävät laajasti kehittäjät, jotka sijoittavat sähkö- tai kestomagneetteja pyörivään roottoriin. Tässä tapauksessa jännite poistetaan paikallaan asennetusta käämityksestä, mikä antaa mahdollisuuden päästä eroon kollektorikokoonpanojen monimutkaisista rakenteista.
AC-generaattorit
Valmistetaan valtava määrä monimuotoisimpia vaihtovirtageneraattoreita. Ne voidaan luokitella seuraavien parametrien perusteella:
- rakentava suunnittelu;
- viritysmenetelmä;
- vaiheiden lukumäärä.
Kuluttajaa virittämällä voidaan löytää aggregaatteja:
- riippumattomalla virityksellä - virityskäämi syötetään tasavirralla riippumattomasta virtalähteestä;
- itseherätyksellä - tasasuuntautunut virta generaattorilta itseltään syötetään virityskäämiin;
- kestomagneettien aiheuttamalla virityksellä - ei virityskäämiä;
- taudinaiheuttajan aiheuttamalla virityksellä - pienitehoinen tasavirtageneraattori, "istuva" samalla akselilla palvelevan generaattorin kanssa.
Vaiheiden mukaan sähkögeneraattorit ovat:
- yksivaihe;
- kaksivaiheinen;
- kolmivaiheinen.
Käytännössä yleensä löydetään kolmivaiheisia vaihtovirtageneraattoreita. Tämä johtuu useista tämän tyyppisille kiviaineksille ominaisista eduista:
- taloudellisen vaikutuksen saavuttaminen pitkän matkan voimansiirtojärjestelmien kehittämisessä - muuntajalaitteiden ja virtajohtojen materiaalinkulutuksen vähentäminen; Tämä myötävaikuttaa pyöreän magneettikentän esiintymiseen;
- lisääntynyt toimintaresurssi, joka varmistaa järjestelmän tasapainon;
- lineaarisen ja vaihejännitteen samanaikainen käyttö.
Rakenteellisesti kolmivaiheisessa sähkögeneraattorissa on kolme itsenäistä käämiä, jotka sijaitsevat staattorissa kehän ympärillä 120 °: n poikkeama toisiinsa nähden. Lisäksi kukin käämi on yksivaihegeneraattori, joka kykenee toimittamaan vaihtojännitettä kuluttajalle R. Tällaista yksikäämiä kutsutaan "vaiheeksi". Vaihekäämit voidaan kytkeä toisiinsa "kolmio" tai "tähti".
Käämitysten kytkemiseen on olemassa muitakin järjestelyjä, esimerkiksi kuusijohdininen Tesla-järjestelmä tai Slavyanka-liitos (kuuden käämin yhdistelmä yhden “tähden” ja yhden “kolmion” muodossa), mutta niitä ei käytetty laajalti.
Kehyksen roolia vaihtovirtaa tuottavissa laitteissa pelataan sähkömagneetilla, joka kääntäen siirtää käämillä indusoituja EMF-muuttujia syklin kolmanneksella suhteessa toisiinsa.
Monien vaihtovirtageneraattoreiden joukossa on kaksi päätyyppiä suunnittelulle: synkroninen ja asynkroninen. Viime aikoina mikroprosessorien ohjaamien monimutkaisten elektronisten laitteiden suuren määrän vuoksi uuden tyyppinen sähkögeneraattori on ilmestynyt - invertteri.
Synkroniset voimageneraattorit
Synkroninen generaattori koostuu kahdesta osasta - liikkuvasta roottorista ja kiinteästä staattorista.
Kun roottori pyörii, joka on sydämellä ja virityskäämillä varustettu sähkömagneetti, joka on kytketty ulkoiseen virtalähteeseen harjamekanismin avulla, staattorikäämityksessä indusoituu EMF, joka syötetään generaattorin lähtöliittimiin. Tämä rakenne eliminoi liukukoskettimien tarpeen, mikä yksinkertaistaa huomattavasti yksikön suunnittelua. Aluksi magneettinen vuoto herätetään kolmannen osapuolen viritinvahvistimelta, joka on asennettu yhteiseen akseliin ja kytketty järjestelmään kytkimen avulla.
Pienitehoisissa synkronisissa generaattoreissa kenttäkäämitystä saa tasasuuntainen virta. Tässä tapauksessa sähköpiiri muodostuu kuormapiiriin kuuluvien muuntajan aktivoinnin vuoksi. Puolijohdetasasuuntaaja on myös mukana. Päävirtapiiri sisältää:
- kentän käämitys;
- reostaatin säätäminen.
Synkronisen generaattorin pääpiirteenä on, että syntyvän sähkövirran taajuus on verrannollinen roottorin nopeuteen.
Asynkroniset voimageneraattorit
Asynkroninen vaihtovirtalaturi erottuu synkronisesta vaihtoehdosta jäykän yhteyden puuttuessa roottorin nopeuksien ja indusoidun emf: n välillä. Ero näiden parametrien välillä on nimeltään “slip”. Roottorin ja asynkronisen generaattorin staattorin välillä on ilmarako. Samanaikaisesti jarrutusmomentti, joka syntyy, kun kuorma kytketään ja estää roottorin pyörimisen, vaikuttaa muodostuneen EMF: n taajuuteen. Siksi sähköä asynkronisissa generaattoreissa tuotetaan lisääntyneellä roottorin nopeudella.
Asynkronisten generaattoreiden suunnittelu on yksinkertainen, mutta sillä on huonoimmat tekniset ominaisuudet verrattuna synkronisiin yksiköihin - taajuusvirhe voi olla 4% ja jännitteessä jopa 10%. Lisäksi asynkroniset generaattorit ovat kriittisiä tunkeutumisvirtaan. Siksi on suositeltavaa käyttää niitä yhdessä stabilisaattoreiden kanssa, ja joissain tapauksissa, esimerkiksi sähkömoottorin sujuvan käynnistyksen vuoksi, voidaan tarvita taajuusmuuttaja.
Invertterigeneraattorit
Taajuusmuuttajageneraattori on tavanomainen asynkroninen generaattori, jonka ulostuloon on asennettu lisäparametrien ulostulo.
Se toimii seuraavasti: Asynkronisen generaattorin tuottama jännite menee taajuusmuuttajaan, missä se ensin tasasuunkaistaan, ja sitten syntyvästä tasajännitteestä muodostetaan tietyn taajuuden ja tehon syklin pulssit. Laitteen ulostulossa nämä pulssit muunnetaan sinimuotoiseksi jännitteeksi, jolla on melkein täydelliset tekniset ominaisuudet.
Laturin käyttö
Kotitalousolosuhteissa generaattorin roottoria käyttävät polttomoottorit, kuten polttoaineet, kuten bensiini tai diesel. Samaan aikaan push-pull-ICE-laitteilla varustettujen bensiinigeneraattoreiden käyttöikä on noin 500 tuntia vuodessa (enintään 4 tuntia päivässä); Nelitahtinen ICE saavuttaa 5000 tuntia vuodessa.
On suositeltavaa käyttää bensiinisähkögeneraattoreita lyhyisiin sähkökatkoksiin ja / tai maaseudulle lähtöä varten.
Dieselpolttoaineella toimiville generaattoreille on ominaista korkea teho ja paljon kestävämpi bensiini. Niiden joukossa on malleja, joissa on ilma- ja nestejäähdytys. Ilmajäähdytteisiä yksiköitä suositellaan käytettäväksi paikoissa, joissa sähkö on usein katkaistu pitkään.
Tällaisten kodinkoneiden käyttö on erittäin helppoa - sinun on täytettävä polttoaine säiliössä, käännettävä avainta moottorin käynnistämiseksi ja kuorman kytkemiseksi. Niiden ohjauspaneeli on varustettu kaikilla tarvittavilla ja intuitiivisilla kirjoituksilla ja symboleilla.
Nestejäähdytteiset dieselgeneraattorit ovat täysin eri luokan laitteita. He kykenevät työskentelemään päiviä ja niitä käytetään pääasiassa yrityksissä varavirtalähteinä.
Teollisuusgeneraattorit, jotka on suunniteltu tuottamaan vaihtovirtaa ja toimittamaan sitä kuluttajille pitkiä matkoja korkeajännitevoimalinjoilla (voimajohdot), toimivat aktivoimalla hydrauliset tai höyryturbiinit. Tällaisissa yksiköissä roottorimekanismi on kytketty suoraan turbiinipyörään.
Turbiinigeneraattoreille on ominaista korkea teho (100 000 kW: iin saakka) ja ne pystyvät tuottamaan vaihtovirtaa jännitteellä jopa 16 kV. Niiden roottorin pituus ja halkaisija voivat olla vastaavasti 6,5 ja 15 metriä, ja viimeksi mainitun pyörimisnopeus on alueella 1500 ... 3000 rpm.Asenna tällaiset yksiköt erillisiin tiloihin erityisesti valmistetuille betonialustoille.
Kotitalouksien sähkögeneraattorien vaihtoehdot ja ominaisuudet
Käytön helpottamiseksi valmistajat toimittavat tuotteilleen useita hyödyllisiä vaihtoehtoja, joita ovat:
- laite yksikön automaattiseen käynnistymiseen sähkökatkon aikana;
- sisäänrakennetun RCD: n läsnäolo, laitteen irrottaminen verkosta eristyksen hajoamisen ja vuotovirran ilmaantuessa;
- ohjaa parametreja ja näytä ne näytöllä;
- ylikuormitussuoja.
Kun kuorma kytketään sähkögeneraattoriin, jonka arvo on nimellisarvoa pienempi, yksikkö alkaa "syödä" osa nestemäistä polttoainetta tyhjäksi käyttämättä täysin hyväkseen kykyjään.
Ei ole tarpeetonta, jos toimitussarjassa on erityinen äänenvaimennuskotelo, lisääntynyt polttoainesäiliö, kotelo, joka suojaa yksikköä matalilta lämpötiloilta jne.
Asennusominaisuudet
Laturin mahdollisen omistajan on huolehdittava asennuspaikan valmistelusta ennen ostamista. Riippumatta siitä, mihin tällainen yksikkö asennetaan, sisä- tai ulkotiloihin, se vaatii tasaisen ja tukevan alustan. Sähkögeneraattorin asentaminen epätasaiselle alueelle lisää tärinää, mikä kiihdyttää osien kulumista ja voi provosoida kalliiden laitteiden vikoja.
Asennettaessa generaattoria huoneeseen on tärkeää varmistaa poistoilmanvaihto. Lisäksi yksikön käytön aikana on suositeltavaa jättää huoneen ovi auki, mikä puolestaan edellyttää, että oviaukkoon asennetaan ritilä, joka estää ulkopuolisia ja mikä tärkeintä lapsia pääsemästä vaaravyöhykkeelle.
Sähkögeneraattori on kytketty verkkoon tiukasti käyttöohjeessa esitettyjen vaatimusten mukaisesti. Tällöin sähkökaapeli on kytkettävä johdantokoneen ja sähkömittarin jälkeen.
