Druhy elektrických generátorů a principy jejich práce

Elektrický generátor je stroj nebo zařízení určené k přeměně neelektrické energie na elektrickou energii: mechanická energie na elektrickou energii, chemická energie na elektrickou energii, tepelná energie na elektrickou energii atd. Dnes v podstatě, když používáme slovo „generátor“, máme na mysli mechanický konvertor energie na elektrickou energii.

Může se jednat o přenosný generátor nafty nebo benzínu, generátor jaderné elektrárny, automobilový generátor, domácí generátor z asynchronního elektrického motoru nebo nízkorychlostní generátor pro větrnou turbínu s nízkým výkonem. Na konci článku si vezmeme příklad dvou nejběžnějších generátorů, ale nejprve si povíme, jak fungují.

Tak či onak, z fyzického hlediska je princip fungování každého z mechanických generátorů stejný a stejný: elektromagnetický indukční jevkdyž, když magnetické pole prochází dirigentem, v tomto vodiči se objeví indukční emf. Zdroje síly vedoucí k vzájemnému pohybu vodiče a magnetického pole mohou být různé procesy, v důsledku toho však musí být vždy generátor emf a proud generován pro napájení zátěže.

Princip fungování elektrického generátoru - Faradayův zákon

Princip elektrického generátoru objevil v roce 1831 anglický fyzik Michael Faraday. Později byl tento princip nazýván Faradayovým zákonem. Spočívá ve skutečnosti, že když vodič prochází kolmo k magnetickému poli, na koncích tohoto vodiče nastane potenciální rozdíl.

První generátor byl postaven samotným Faradayem podle principu, který objevil. Byl to „Faradayův disk“ - unipolární generátor, ve kterém se měděný disk otáčel mezi póly magnetu ve tvaru podkovy. Zařízení produkovalo významný proud s malým napětím.

Později bylo zjištěno, že jednotlivé izolované vodiče v generátorech jsou z praktického hlediska mnohem účinnější než pevný vodivý disk. A v moderních generátorech se nyní používají vinutí statorového drátu (v nejjednodušším demonstračním případě, cívka drátu).

Alternátor

Převážná většina moderních generátorů jsou synchronní alternátory. Mají kotevní vinutí na statoru, od kterého je generovaná elektrická energie odkloněna. Budicí vinutí je umístěno na rotoru, do kterého je prostřednictvím dvojice kontaktních prstenců přiváděn konstantní proud, aby se získalo rotující magnetické pole z rotujícího rotoru.

V důsledku fenoménu elektromagnetické indukce, když se rotor otáčí z externího pohonu (například z motoru s vnitřním spalováním), jeho magnetický tok střídavě protíná každou z fází vinutí statoru, a tak v nich indukuje emf.

Nejčastěji existují tři fáze, které jsou fyzicky přemístěny při vzájemné kotvě o 120 stupňů, takže je získán třífázový sinusový proud. Fáze mohou být získány „hvězdou“ nebo „trojúhelníkem“ standardní síťové napětí.

Frekvence sinusového EMF f je úměrná rychlosti rotoru: f = np / 60, kde - p je počet párů magnetických plusů rotoru, n je počet otáček rotoru za minutu. Maximální rychlost rotoru je obvykle 3000 ot / min. Pokud připojíte třífázový usměrňovač ke statorovým vinutím takového synchronního generátoru, dostanete generátor stejnosměrného proudu (mimochodem to fungují všechny automobilové generátory).

Synchronní generátor se třemi stroji

Klasický synchronní generátor má samozřejmě jednu vážnou minus - na rotoru jsou přilehlé kontaktní kroužky a kartáče. Kartáče se jiskří a opotřebují kvůli tření a elektrické erozi. Ve výbušné atmosféře to není přípustné. V letectví a v naftových generátorech jsou proto běžnější bezkontaktní synchronní generátory, zejména generátory se třemi stroji.

Tři stroje mají tři stroje v jednom pouzdru: před budič, budič a generátor na společné hřídeli. Před budič je synchronní generátor, je buzen z permanentních magnetů na hřídeli, napětí, které generuje, je přiváděno do vinutí statoru budiče.

Stator patogenu působí na vinutí na rotoru připojeném k třífázovému usměrňovači, který je k němu připevněn, ze kterého je napájeno hlavní budicí vinutí generátoru. Generátor generuje proud ve svém statoru.

Přenosné generátory na plyn, naftu a benzín

Dnes velmi běžný v domácnostech dieselové, plynové a benzínové generátorykteré používají ICE jako spalovací motor - spalovací motor, který přenáší mechanickou rotaci na rotor generátoru.

Tekuté palivové generátory mají palivové nádrže, pro plynové generátory - je nutné dodávat palivo potrubím, takže pak je plyn přiváděn do karburátoru, kde se promění v nedílnou součást palivové směsi.

Ve všech případech je palivová směs spálena v pístovém systému, což způsobuje otáčení klikového hřídele. Je to podobné jako u automobilu. Klikový hřídel otáčí rotor bezkontaktního synchronního generátoru (alternátoru).

Nejlepší invertorové generátory domácích elektráren mají vestavěnou baterii pro kompenzaci rozdílů a systém dvojité konverze, v takových zařízeních je střídavé napětí stabilnější.

Generátory automobilů

Další příklad alternátoru - nejběžnější typ generátoru na světě - auto generátor. Tento generátor tradičně obsahuje budicí vinutí s kluznými kroužky na rotoru a třífázové statorové vinutí s usměrňovačem.

Vestavěný elektronický regulátor udržuje napětí v přijatelném rozsahu pro autobaterii. Automobilový generátor je vysokorychlostní generátor, jeho rychlost může dosáhnout 9000 za minutu.

Ačkoli na začátku je proud získáván střídavě (pólové špičky rotoru střídavě a v různé polaritě protínají tři fáze vinutí statoru s jejich magnetickými toky), pak je usměrňován diodami a mění se na konstantní, vhodný pro nabíjení baterie.

Neobvyklé konstrukce elektrických generátorů:

Generátory energie zdarma

Super výkonný motorový generátor Roberta Alexandra

Generátor Marx (generátor pulzního napětí)

Peltierův termomogenerátor

Nanogenerátory pro miniaturní elektronická zařízení