גנרטור זרם חשמלי הוא מכשיר שנועד להמיר סוגי אנרגיה שאינם חשמליים (כימיים, מכניים, תרמיים) לאנרגיה חשמלית. יתר על כן, העיצוב שלה מבוסס על השימוש בעקרון הזירוז האלקטרומגנטי.
עקרון הפעולה והמכשיר של האלטרנטור הפשוט ביותר
אינדוקציה אלקטרומגנטית היא תופעה שהתגלתה בשנת 1831 על ידי הפיזיקאי הבריטי מייקל פאראדיי (1791-1867), שגילה שכששטף מגנטי משתנה בזמן עובר במעגל מוליך סגור נוצר זרם חשמלי באחרון. עיקרון זה הוא העומד בבסיס כל גנרטור.
בפועל, מיושם העיקרון של אינדוקציה אלקטרומגנטית כדלקמן: זרם חשמלי מתרחש במסגרת סגורה (רוטור) כאשר הוא מצטלב עם שדה מגנטי מסתובב, שנוצר בהתאם למטרה ולעיצוב הגנרטור על ידי מגנטים קבועים או פיתולי עירור מיוחדים. כאשר המסגרת מסתובבת, גודל השטף המגנטי משתנה. ככל שהוא מסתובב מהר יותר, מתח הפלט גבוה יותר.
בשנת 1827, אפקט זה התגלה ושימש ליצירת הדגם המקורי של גנרטור זרם חשמלי על ידי הפיזיקאי ההונגרי אגנוס איסטוון ידליק (1800-1895). עם זאת, בהתחשב בכך שהוא מפורסם, המדען לא ביצע פטנט על תגליתו והודיע על הקמתה של הדינמו הראשונה רק בשנת 1850.
להסרת זרם חשמלי, המסגרת מצוידת בקולט זרם, ההופך אותו לולאה סגורה ומספקת מגע מתמיד של המסגרת המסתובבת עם אלמנטים נייחים של הגנרטור. מברשות נטענות קפיציות נלחצות כנגד טבעות האספן וכך הזרם החשמלי מועבר למסופי הפלט של הגנרטור.
מסתובב, חצאי המסגרת עוברים ברצף ליד קטבי המגנט. במקרה זה, מתרחש שינוי מחזורי בכיוון התנועה של הזרם המתהווה - בכל קוטב הזרם נע בכיוון אחד.
בהתאם לעיצוב הקולט, הגנרטור יכול לייצר זרם ישיר וזרם חילופי כאחד.
- בגנרטורים DC, עבור כל מחצית המתפתלת בצומת האספן, יש טבעות מבודדות זו מזו. בשל העובדה שחצי הטבעות הללו משנות כל הזמן מברשות, הזרם לא משנה את כיוונו, אלא פשוט פועם.
- באלטרנטורים קצות המסגרת קשורים לטבעות להחליק וכל המבנה הזה מסתובב סביב צירו. בעת סיבוב המסגרת, מברשות שכל אחת מהן צמודה היטב לטבעת שלה מספקות מוליך מטה אמין. במקרה זה, שינוי מחזורי במיקום המברשות אינו מתרחש.
החלק הסיבוב של הגנרטור נקרא הרוטור, והחלק הנייח נקרא הסטטור.
עיקרון הפעולה של גנרטורים מתחלפים וזרמים ישירים זהה. הם נבדלים בינם לבין עצמם בעיצוב טבעות להחליק הממוקמות על רוטור מסתובב ובקונפיגורציה של הפיתולים.
בגנרטורים של זרם חילופין משתמשים לרוב בפתרון טכני מקורי, המבוסס על העובדה כי ה- EMF מופיע במוליך לא רק כאשר הוא מסתובב בשדה מגנטי, אלא גם במקרה בו השדה המגנטי עצמו מסתובב יחסית למוליך נייח.
אפקט זה נמצא בשימוש נרחב על ידי מפתחים המניחים מגנטים חשמליים או קבועים על הרוטור המסתובב. במקרה זה, המתח מוסר מהסלילה המוצבת הנייחת, מה שמאפשר להיפטר מהעיצובים המורכבים של מכלולי אספנים.
גנרטורים מתח AC
מייצרים מספר עצום של גנרטורים מתח AC. ניתן לסווג אותם לפי הפרמטרים הבאים:
- תכנון קונסטרוקטיבי;
- שיטת עירור;
- מספר שלבים.
בשיטת העירור לצרכן ניתן למצוא אגרגטים:
- עם עירור עצמאי - סלילת העירור מסופקת בזרם ישר ממקור כוח עצמאי;
- עם עירור עצמי - זרם מיוצר מהגנרטור עצמו מסופק לסלילת התרגשות;
- עם עירור ממגנטים קבועים - ללא מתפתל עירור;
- עם עירור מהפתוגן - גנרטור DC בעל עוצמה נמוכה, "יושב" על אותו פיר עם הגנרטור המוגש.
לפי מספר השלבים, גנרטורים חשמליים הם:
- שלב בודד;
- דו פאזי;
- תלת פאזי.
בפועל, לרוב נמצאים אלטרנטורים תלת פאזיים. זה נובע ממספר יתרונות האופייניים לסוג אגרגטים זה:
- השגת השפעה כלכלית בפיתוח מערכות העברת חשמל למרחקים ארוכים - צמצום צריכת החומר של התקני שנאי וחוטי חשמל; זה תורם לנוכחות שדה מגנטי מעגלי;
- משאב תפעולי מוגבר, שמבטיח את איזון המערכת;
- שימוש בו זמנית במתח ליניארי ובפאזה.
מבחינה מבנית, לגנרטור חשמלי תלת פאזי יש שלוש פיתולים עצמאיים הנמצאים בסטטור סביב ההיקף עם קיזוז של 120 מעלות יחסית זה לזה. בנוסף, כל סלילה היא גנרטור חד פאזי, המסוגל לספק מתח לסירוגין לצרכן R. סלילה יחידה כזו מכונה "פאזה". ניתן לחבר בין פיתולי שלב באמצעות "משולש" או "כוכב".
ישנן תוכניות אחרות לחיבור הסובבים, למשל מערכת טסלה בעל שישה חוטים או חיבור Slavyanka (שילוב של שש פיתולים בצורת "כוכב" אחד ו"משולש "אחד), אך הם לא היו בשימוש נרחב.
תפקיד המסגרת במכשירים המייצרים זרם חילופין ממלא על ידי אלקטרומגנט, שמסתובב, מסיט את משתני ה- EMF הנגרמים בסיבובים על ידי שליש מחזור יחסית זה לזה.
בין האלטרנטורים הרבים, ישנם שני סוגים עיקריים של העיצוב שלהם: סינכרוני ואסינכרוני. לאחרונה, לאור המספר הגדול של המכשירים האלקטרוניים המורכבים הנשלטים על ידי מעבדי מיקרו, הופיע סוג חדש של גנרטור חשמלי - מהפך.
מחוללי כוח סינכרוניים
אלטרנטור סינכרוני מורכב משני חלקים - רוטור מטלטלין וסטטור קבוע.
כאשר מסתובב הרוטור, שהוא אלקטרומגנט עם ליבה ומתפתל עירור המחובר למקור כוח חיצוני באמצעות מנגנון מברשת, נוצר EMF במפתל הסטטור, המוזן למסופי הפלט של הגנרטור. עיצוב זה מבטל את הצורך במגעי הזזה, מה שמפשט מאוד את עיצוב היחידה. בתחילה, השטף המגנטי נרגש מפולט של צד שלישי המותקן על פיר משותף ומחובר למערכת באמצעות צימוד.
בגנרטורים סינכרוניים בעלי הספק נמוך, סלילת השדה מופעלת על ידי זרם מיושר. במקרה זה המעגל החשמלי נוצר עקב הפעלת שנאים הכלולים במעגל העומס. גם כלול מיישר מוליכים למחצה. המעגל החשמלי הראשי כולל:
- שדה מתפתל;
- התאמת רוסטט.
המאפיין העיקרי של הגנרטור הסינכרוני הוא שתדירות הזרם החשמלי הנוצר פרופורציונאלית למהירות הרוטור.
מחוללי כוח אסינכרוניים
אלטרנטור אסינכרוני נבדל בין סינכרוני בהיעדר חיבור נוקשה בין מהירויות הרוטור לבין ה- emk המושרה. ההבדל בין פרמטרים אלה נקרא "להחליק". יש פער אוויר בין הרוטור לסטטור של הגנרטור האסינכרוני. במקביל, מומנט הבלימה המתרחש בעת חיבור העומס ומונע את סיבוב הרוטור משפיע על תדירות ה- EMF הנוצר. לפיכך, חשמל בגנרטורים אסינכרוניים מופק במהירות מוגברת של הרוטור.
העיצוב של גנרטורים אסינכרוניים הוא פשוט, אך יש לו את המאפיינים הטכניים הגרועים ביותר בהשוואה ליחידות סינכרוניות - השגיאה בתדר יכולה להגיע ל -4%, ובמתח של עד 10%. בנוסף, גנרטורים אסינכרוניים הם קריטיים לזרם הפליטה. לכן מומלץ להפעילם יחד עם מייצבים, ובמקרים מסוימים, למשל, להפעלה חלקה של המנוע החשמלי יתכן ויהיה צורך בממיר תדרים.
גנרטורים מהפכים
גנרטור מהפך הוא גנרטור אסינכרוני קונבנציונאלי, שבפלט ממנו מותקן מייצב נוסף של פרמטרי פלט.
זה עובד כדלקמן: המתח שנוצר על ידי גנרטור אסינכרוני מסופק למהפך, שם הוא מתוקן תחילה ואז נוצרים פולסים של תדר ומחזור עבודה נתון מהמתח הקבוע המתקבל. ביציאה של המכשיר, פולסים אלו מומרים למתח סינוסואידי עם מאפיינים טכניים כמעט מושלמים.
כונן אלטרנטור
בתנאים ביתיים, רוטור הגנרטור מונע על ידי מנועי בעירה פנימית (ICE) הפועלים על דלקים כמו בנזין או סולר. במקביל, אורך החיים התפעולי של גנרטורים בנזין המצוידים ב- ICE משחזרי משיכה הוא כ -500 שעות בשנה (לא יותר מ- 4 שעות ביום); ארבע פעימות ICE מגיע ל 5000 שעות בשנה.
רצוי להשתמש בגנרטורים חשמליים לבנזין לצורך הפסקות קצרות ו / או ליציאה לחיק הטבע.
גנרטורים הפועלים על סולר מתאפיינים בהספק גבוה ובנזין עמיד הרבה יותר. ביניהם ישנם דגמים עם קירור אוויר ונוזל. יחידות מקוררות אוויר מומלצות לשימוש במקומות בהם לעיתים קרובות מכבים חשמל למשך זמן רב.
השימוש במכשירים ביתיים כאלה הוא פשוט ביותר - עליכם למלא את הדלק במיכל, לסובב את המפתח להפעלת המנוע ולחיבור העומס. לוח הבקרה שלהם מצויד בכל הכתובות והסמלים הדרושים והאינטואיטיביים.
גנרטורים דיזל מקוררים נוזלים הם מכשירים בקטגוריה שונה לחלוטין. הם מסוגלים לעבוד במשך ימים ומשמשים בעיקר בארגונים כמקורות כוח לגיבוי.
גנרטורים תעשייתיים המיועדים לייצר זרם חילופין ולספקו לצרכנים לאורך מרחקים ארוכים באמצעות קווי מתח מתח גבוה (קווי תמסורת) פועלים על ידי הפעלת טורבינות הידראוליות או קיטור. ביחידות כאלה, מנגנון הרוטור מחובר ישירות לגלגל הטורבינה.
מחוללי טורבינה מאופיינים בהספק גבוה (עד 100,000 קילוואט) והם מסוגלים לייצר זרם חילופין במתח של עד 16 קילוואט. אורכו והקוטר של הרוטור שלהם יכולים להגיע ל 6.5 ו 15 מטר בהתאמה, ומהירות הסיבוב של האחרונה היא בטווח של 1500 ... 3000 סל"ד.התקן יחידות כאלה בחדרים נפרדים על מצעי בטון שהוכנו במיוחד.
אפשרויות ויכולות של גנרטורים חשמליים לבית
כדי להקל על השימוש, היצרנים מציידים את מוצריהם במספר אפשרויות שימושיות, בהן:
- מכשיר להפעלה אוטומטית של היחידה בזמן הפסקת חשמל;
- נוכחות של RCD מובנה, ניתוק המכשיר מהחשמל במהלך פירוק הבידוד והמראה של זרם דליפה;
- לשלוט בפרמטרים ולהציג אותם בתצוגה;
- הגנה מפני עומס יתר.
כאשר עומס מחובר לגנרטור חשמלי, שערכו יהיה נמוך מזה שדירג, היחידה תתחיל "לאכול" חלק מהדלק הנוזלי לחינם, מבלי לנצל את היכולות שלה במלואה.
לא יהיה מיותר להחזיק במשלוח מעטפת השתקה מיוחדת, מיכל דלק מוגבר, מעטפת המגנה על היחידה מפני טמפרטורה נמוכה וכו '.
מאפייני התקנה
בעל פוטנציאל של אלטרנטור צריך לדאוג להכנת אתר ההתקנה לפני הרכישה. לא משנה היכן תותקן יחידה כזו, בתוך הבית או בחוץ, היא תדרוש פלטפורמה שטוחה ומוצקה. התקנת גנרטור חשמלי באתר לא אחיד תביא לעלייה ברטט, מה שיאיץ את שחיקת החלקים ויכול לעורר כישלון של מכשיר יקר.
בעת התקנת הגנרטור בחדר, חשוב לספק נוכחות של אוורור פליטה. בנוסף, במהלך פעולת היחידה, מומלץ להשאיר את דלת החדר פתוחה, מה שבתורו ידרוש התקנת סורג בפתח החוסם את הגישה לאזור הסכנה בפני אנשים זרים, והכי חשוב ילדים.
הגנרטור החשמלי מחובר לחשמל בהתאמה מדויקת לדרישות המפורטות בהוראות ההפעלה. במקרה זה, יש לחבר את כבל החשמל לאחר מכונת ההיכרות והמונה החשמלי.
