Typer av elektriske generatorer og prinsippene for deres arbeid

En elektrisk generator er en maskin eller installasjon designet for å konvertere ikke-elektrisk energi til elektrisk energi: mekanisk energi til elektrisk energi, kjemisk energi til elektrisk energi, varmeenergi til elektrisk energi, etc. I dag, når vi bruker ordet "generator", mener vi en mekanisk omformer energi til elektrisk energi.

Det kan være en bærbar diesel- eller bensingenerator, en kjernekraftverkgenerator, en bilgenerator, en hjemmelaget generator fra en asynkron elektrisk motor, eller en lavhastighetsgenerator for en vindkraftturbin med lav effekt. På slutten av artikkelen vil vi betrakte som et eksempel de to vanligste generatorene, men først, la oss snakke om prinsippene for deres arbeid.

En eller annen måte, fra et fysisk synspunkt, er driftsprinsippet til hver av de mekaniske generatorene en og samme: elektromagnetisk induksjonsfenomennår magnetfeltet krysser lederen, oppstår induksjonsemf i denne lederen. Kildene til kraften som fører til gjensidig bevegelse av lederen og magnetfeltet, kan være forskjellige prosesser, men som et resultat må emk og strøm alltid oppnås fra generatoren for å drive belastningen.

Prinsippet for drift av den elektriske generatoren - Faraday Law

Prinsippet for den elektriske generatoren ble oppdaget allerede i 1831 av den engelske fysikeren Michael Faraday. Senere ble dette prinsippet kalt loven til Faraday. Det ligger i det faktum at når lederen krysser vinkelrett på magnetfeltet, oppstår en potensiell forskjell i endene av denne lederen.

Den første generatoren ble bygget av Faraday selv i henhold til prinsippet han oppdaget, det var en "Faraday disk" - en unipolar generator der en kobberskive roterte mellom polene til en hesteskoformet magnet. Enheten produserte betydelig strøm med svak spenning.

Det ble senere funnet at individuelle isolerte ledere i generatorer er mye mer effektive fra et praktisk synspunkt enn en solid ledende disk. Og i moderne generatorer er det nå statortrådviklingene som blir brukt (i den enkleste demonstrasjonssaken, en spiral av wire).

dynamo

De aller fleste moderne generatorer er synkrone alternatorer. De har et anker som vikler seg på statoren, hvorfra den genererte elektriske energien blir ledet. En eksitasjonsvikling er plassert på rotoren, til hvilken en konstant strøm tilføres gjennom et par kontaktringer for å oppnå et roterende magnetfelt fra en roterende rotor.

På grunn av fenomenet elektromagnetisk induksjon, når rotoren roterer fra en ekstern stasjon (for eksempel fra en forbrenningsmotor), skjærer dens magnetiske flux hver av fasene i statoren som vikler seg, og induserer dermed en emf i dem.

Oftest er det tre faser, de er fysisk forskjøvet ved anker i forhold til hverandre med 120 grader, så man får en trefaset sinusformet strøm. Faser kan kobles til i et "stjerne" eller "trekant" mønster for å oppnå standard nettspenning.

Frekvensen av sinusformet EMF f er proporsjonal med rotorhastigheten: f = np / 60, hvor - p er antall par magnetiske plusser til rotoren, n er antall rotasjoner per minutt. Vanligvis er den maksimale rotorhastigheten 3000 o / min. Hvis du kobler en trefaset likeretter til statorviklingene til en slik synkron generator, vil du få en likestrømsgenerator (dette er for øvrig alle bilgeneratorer).

Tre-maskin synkron generator

Den klassiske synkrone generatoren har selvfølgelig ett alvorlig minus - på rotoren er det kontaktringer og børster i tilknytning til dem. Børster gnister og slites ut på grunn av friksjon og elektrisk erosjon. I en eksplosiv atmosfære er dette ikke tillatt. Derfor er luftfart og i dieselgeneratorer kontaktløse synkrone generatorer, spesielt tre-maskiners, mer vanlig.

Tre maskiner har tre maskiner i ett hus: en pre-exciter, en exciter og en generator - på en felles aksel. For-eksitatoren er en synkron generator, den er begeistret fra permanente magneter på akselen, spenningen den genererer tilføres statorviklingen til eksitereren.

Statoren til patogenet virker på viklingen på rotoren koblet til en trefaset likeretter festet til den, hvorfra hoved eksitasjonsviklingen til generatoren mates. Generatoren genererer strøm i statoren.

Bærbare generatorer for gass, diesel og bensin

I dag veldig vanlig i husholdninger diesel, gass og bensin generatorersom bruker ICE som en forbrenningsmotor - en forbrenningsmotor som overfører mekanisk rotasjon til generatorrotoren.

Generatorer med flytende drivstoff har drivstofftanker, gassgeneratorer trenger å tilføre drivstoff gjennom en rørledning, slik at gassen blir ført til forgasseren, der den vil bli en integrert del av drivstoffblandingen.

I alle tilfeller brennes drivstoffblandingen i stempelsystemet, noe som får veivakselen til å rotere. Dette ligner en bilmotor. Veivakselen roterer rotoren til en kontaktløs synkron generator (generator).

De beste inverter generatorer av hjemmekraftverk De har et innebygd batteri for å kompensere for forskjeller og et dobbeltkonverteringssystem, i slike enheter er vekselspenningen mer stabil.

Bilgeneratorer

Et annet eksempel på en dynamo - den vanligste typen generator i verden - bilgenerator. Denne generatoren inneholder tradisjonelt en eksitasjonsvikling med gliringer på rotoren og en trefaset statorvikling med en likeretter.

Den innebygde elektroniske regulatoren holder spenningen innenfor det akseptable området for et bilbatteri. En bilgenerator er en høyhastighetsgenerator, hastighetene kan nå 9000 per minutt.

Selv om strømmen opprinnelig oppnås vekselvis (rotorens polspisser vekselvis og i forskjellig polaritet krysser de tre fasene i statoren som vikler seg med sine magnetiske flukser), blir den utbedret av dioder og blir til en konstant en som er egnet for å lade batteriet.

Uvanlig design av elektriske generatorer:

Gratis energegeneratorer

Robert Alexanders supereffektive motorgenerator

Marx generator (pulsspenningsgenerator)

Peltier termomogenerator

Nanogeneratorer for elektroniske apparater i miniatyr