En elektrisk strömgenerator är en anordning utformad för att omvandla icke-elektriska typer av energi (kemisk, mekanisk, termisk) till elektrisk energi. Dessutom är dess design baserad på användningen av principen om elektromagnetisk induktion.
Funktionsprincipen och enheten för den enklaste dynan
Elektromagnetisk induktion är ett fenomen som upptäcktes 1831 av den brittiska fysikern Michael Faraday (1791-1867), som upptäckte att när ett tidsvarierande magnetiskt flöde passerar genom en stängd ledande krets uppstår en elektrisk ström i det senare. Det är denna princip som ligger till grund för varje generator.
I praktiken implementeras principen om elektromagnetisk induktion enligt följande: en elektrisk ström uppstår i en stängd ram (rotor) när den korsar ett roterande magnetfält, bildat beroende på generatorns syfte och utformning med permanentmagneter eller speciella excitationslindningar. När ramen roterar förändras magnetflödets storlek. Ju snabbare den roterar, desto högre utgångsspänning.
År 1827 upptäcktes denna effekt och användes för att skapa den ursprungliga modellen för en elektrisk strömgenerator av den ungerska fysikern Agnos Istvan Jedlik (1800-1895). Men med tanke på den berömda, patenterade forskaren inte sin upptäckt och tillkännagav inrättandet av den första dynamo först 1850.
För att ta bort elektrisk ström är ramen utrustad med en strömkollektor, som förvandlar den till en sluten slinga och ger konstant kontakt av den roterande ramen med stationära element i generatorn. Fjäderbelastade borstar pressas mot kollektorringarna och därmed matas den elektriska strömmen till generatorens utgångar.
Roterande passerar ramens halvor i följd nära magnetens poler. I detta fall inträffar en cyklisk förändring i rörelseriktningen för den växande strömmen - vid varje pol rör sig strömmen i en riktning.
Beroende på kollektorns konstruktion kan generatorn generera både likström och växelström.
- I likströmsgeneratorer finns det isolerade ringar från varandra för varje hälft av lindningen i kollektornoden. På grund av det faktum att dessa halvringar ständigt byter borstar ändrar inte strömmen riktning utan pulserar helt enkelt.
- I växelströmsband är ramens ändar bundna till glidringar och hela strukturen roterar runt dess axel. Vid rotation av ramen ger borstar, som var och en är nära intill dess ring, en pålitlig nedledare. I detta fall sker inte en cyklisk förändring i borsternas läge.
Generatorens roterande del kallas rotorn, och den stationära delen kallas statorn.
Funktionsprincipen för växel- och likströmsgeneratorer är identisk. De skiljer sig åt varandra i utformningen av glidringar placerade på en roterande rotor och konfigurationen av lindningarna.
I växelströmsgeneratorer används ofta en original teknisk lösning, baserad på det faktum att EMF visas i ledaren inte bara när den roterar i ett magnetfält, utan också i fallet när magnetfältet själv roterar relativt en stationär ledare.
Denna effekt används ofta av utvecklare som placerar elektriska eller permanentmagneter på en roterande rotor. I detta fall tas spänningen bort från den stationära monterade lindningen, vilket gör det möjligt att bli av med de komplexa konstruktionerna av kollektoraggregat.
AC-generatorer
Ett stort antal av de mest olika AC-generatorerna produceras. De kan klassificeras enligt följande parametrar:
- konstruktiv design;
- excitationsmetod;
- antal faser.
Med metoden för excitation till konsumenten kan aggregat hittas:
- med oberoende excitation - excitationslindningen levereras med likström från en oberoende kraftkälla;
- med självexcitering - en likriktad ström från själva generatorn tillförs excitationslindningen;
- med excitation från permanenta magneter - ingen excitationslindning;
- med excitation från patogenen - en låg effekt DC-generator, "sitter" på samma axel med den betjänade generatorn.
Med antalet faser är elektriska generatorer:
- en fas;
- två-fas;
- tre fas.
I praktiken hittar man ofta trefasväxlar. Detta beror på ett antal fördelar som är karakteristiska för denna typ av aggregat:
- att få en ekonomisk effekt i utvecklingen av kraftöverföringssystem för långt avstånd - minska materialförbrukningen för transformatoranordningar och strömtrådar; Detta bidrar till närvaron av ett cirkulärt magnetfält;
- ökad driftsresurs, vilket garanterar balans i systemet;
- samtidig användning av linjär och fasspänning.
Strukturellt sett har en trefas elektrisk generator tre oberoende lindningar belägna i statorn runt omkretsen med en förskjutning av 120 ° relativt varandra. Dessutom är varje lindning en enfasgenerator, som kan leverera växelspänning till konsumenten R. En sådan lindning kallas "fas". Faslindningar kan kopplas samman med en "triangel" eller "stjärna".
Det finns andra scheman för att ansluta lindningarna, till exempel det sextråds Tesla-systemet eller Slavyanka-anslutningen (en kombination av sex lindningar i form av en "stjärna" och en "triangel"), men de användes inte ofta.
Ramens roll i enheter som genererar växelström spelas av en elektromagnet, som, roterande, förskjuter EMF-variablerna inducerade i lindningarna med en tredjedel av en cykel relativt varandra.
Bland de många alternatorerna finns det två huvudtyper av deras design: synkron och asynkron. Nyligen, med tanke på det stora antalet komplexa elektroniska enheter som styrs av mikroprocessorer, har en ny typ av elektrisk generator dykt upp - inverterare.
Synkrona kraftgeneratorer
En synkron växelströmsgenerator består av två delar - en rörlig rotor och en fast stator.
När rotorn roterar, som är en elektromagnet med en kärna och en excitationslindning, ansluten till en extern kraftkälla med hjälp av en borstmekanism, induceras en EMF i statorlindningen, som matas till generatorens utgångsklämmor. Denna design eliminerar behovet av glidkontakter, vilket i hög grad förenklar designen på enheten. Ursprungligen exciteras magnetflödet från en tredje part exciter monterad på en gemensam axel och ansluten till systemet med en koppling.
I synkrona generatorer med låg effekt drivs fältlindningen av en likriktad ström. I detta fall bildas den elektriska kretsen på grund av aktivering av transformatorer inkluderade i lastkretsen. En halvledarlikriktare ingår också. Den huvudsakliga elektriska kretsen inkluderar:
- fältlindning;
- justera reostat.
Huvudfunktionen hos den synkrona generatorn är att frekvensen för den genererade elektriska strömmen är proportionell mot rotorhastigheten.
Asynkrona kraftgeneratorer
En asynkron dynamo skiljer sig från en synkron i frånvaro av en styv anslutning mellan rotorhastigheterna och den inducerade emk. Skillnaden mellan dessa parametrar kallas "slip". Det finns ett luftgap mellan rotorn och statorn i den asynkrona generatorn. Samtidigt påverkar bromsmomentet som uppstår när lasten är ansluten och förhindrar rotorns rotation frekvensen för den genererade EMF. Därför genereras el i asynkrona generatorer med en ökad rotorhastighet.
Asynkrongeneratorernas utformning är enkel, men den har de sämsta tekniska egenskaperna jämfört med synkronenheter - frekvensfelet kan uppgå till 4% och i spänning upp till 10%. Dessutom är asynkrona generatorer avgörande för inkrömströmmen. Därför rekommenderas det att använda dem tillsammans med stabilisatorer, och i vissa fall, till exempel för en smidig start av elmotorn, kan en frekvensomvandlare behövas.
Invertergeneratorer
En invertergenerator är en konventionell asynkron generator, vid vilken utgången en ytterligare stabilisator av utgångsparametrar är installerad.
Det fungerar enligt följande: den spänning som alstras av en asynkron generator går till växelriktaren, där den först korrigeras, och sedan bildas pulser av en given frekvens och arbetscykel från den resulterande likspänningen. Vid enhetens utgång omvandlas dessa pulser till en sinusformad spänning med nästan perfekta tekniska egenskaper.
Generator-enhet
Under hushållet drivs generatorrotorn av förbränningsmotorer (ICE) som drivs på bränslen som bensin eller dieselbränsle. Samtidigt är livslängden för bensingeneratorer utrustade med push-pull ICE cirka 500 timmar per år (högst 4 timmar per dag); fyrtakt ICE når 5000 timmar per år.
Det är tillrådligt att använda bensinelektriska generatorer för korta mörkläggningar och / eller för att gå ut på landsbygden.
Generatorer som körs med dieselbränsle kännetecknas av hög effekt och mycket mer hållbar bensin. Bland dem finns det modeller med luft- och vätskekylning. Luftkylda enheter rekommenderas för användning på platser där el ofta stängs av under lång tid.
Att använda sådana hushållsapparater är extremt enkelt - du måste fylla bränslet i tanken, vrida nyckeln för att starta motorn och ansluta lasten. Deras kontrollpanel är utrustad med alla nödvändiga och intuitiva inskrifter och symboler.
Vätskekylda dieselgeneratorer är enheter i en helt annan kategori. De kan arbeta i flera dagar och används främst i företag som reservkraftkällor.
Industriella generatorer utformade för att generera växelström och förse den till konsumenter över långa avstånd med högspänningsledningar (transmissionsledningar) arbetar genom att aktivera hydrauliska eller ångturbiner. I sådana enheter är rotormekanismen ansluten direkt till turbinhjulet.
Turbingeneratorer kännetecknas av hög effekt (upp till 100 000 kW) och kan generera växelström med spänning upp till 16 kV. Rotorns längd och diameter kan nå 6,5 respektive 15 meter, och rotationshastigheten för den senare ligger i intervallet 1500 ... 3000 rpm.Installera sådana enheter i separata rum på speciellt förberedda betongunderlag.
Alternativ och kapacitet för hushållens elektriska generatorer
För att underlätta användningen utrustar tillverkarna sina produkter med ett antal användbara alternativ, bland vilka är:
- enhet för automatisk start av enheten under strömavbrott
- närvaron av en inbyggd RCD, koppla bort enheten från elnätet under isoleringens nedbrytning och utseendet på en läckström;
- kontrollparametrar och visa dem på displayen;
- överbelastningsskydd.
När en last är ansluten till en elektrisk generator, vars värde är lägre än den märkta, börjar enheten "äta upp" en del av det flytande bränslet för ingenting utan att utnyttja dess kapacitet till fullo.
Det kommer inte att vara överflödigt att ha en speciell tystnadshölje, en ökad bränsletank, ett hölje som skyddar enheten från exponering för låg temperatur, etc.
Installationsfunktioner
En potentiell ägare till en växelströmsgenerator måste ta hand om förberedelserna för installationsplatsen innan de köper. Oavsett var en sådan enhet kommer att installeras, inomhus eller utomhus, kommer den att kräva en platt och solid plattform. Att installera en elektrisk generator på en ojämn plats kommer att leda till en ökning av vibrationer, vilket kommer att påskynda slitage på delar och kan provocera en dyr anordning.
När man installerar generatorn i ett rum är det viktigt att tillhandahålla förekomsten av avgasventilation. Under drift av enheten rekommenderas det dessutom att lämna dörren till rummet öppet, vilket i sin tur kommer att kräva installation av ett galler i dörren som blockerar utomstående, och framför allt barn, från att komma åt farozonen.
Elektrisk generator är ansluten till elnätet i strikt överensstämmelse med kraven i bruksanvisningen. I detta fall måste den elektriska kabeln anslutas efter introduktionsmaskinen och elmätaren.
