Видове електрически генератори и принципите на тяхната работа

Електрическият генератор е машина или инсталация, предназначена да преобразува неелектрическа енергия в електрическа: механична енергия в електрическа, химическа в електрическа, топлинна в електрическа и др. Днес, когато използваме главно думата „генератор“, имаме предвид механичен преобразувател енергия в електрическа енергия.

Това може да бъде дизелов или бензинов преносим генератор, генератор на атомна електроцентрала, генератор на автомобили, домашен генератор от асинхронен електродвигател или генератор с ниска скорост за вятърна турбина с ниска мощност. В края на статията ще разгледаме като пример двата най-често срещани генератора, но първо, нека поговорим за принципите на тяхната работа.

По един или друг начин, от физическа гледна точка, принципът на работа на всеки от механичните генератори е един и същ: явление на електромагнитна индукциякогато, когато линиите пресекат магнитното поле на проводника, в този проводник възниква индукционна ЕРС. Източниците на силата, водещи до взаимното движение на проводника и магнитното поле, могат да бъдат различни процеси, но в резултат на това емф и ток трябва винаги да се получават от генератора, за да захранват товара.

Принципът на работа на електрическия генератор - закон на Фарадей

Принципът на електрическия генератор е открит още през 1831 г. от английския физик Майкъл Фарадей. По-късно този принцип е наречен законът на Фарадей. Той се състои във факта, че когато проводникът пресича перпендикулярно на магнитното поле, в краищата на този проводник възниква потенциална разлика.

Първият генератор е построен от самия Фарадей според принципа, който е открил, това е „диск на Фарадей“ - еднополюсен генератор, в който меден диск се върти между полюсите на магнит под формата на подкова. Устройството произвежда значителен ток с леко напрежение.

По-късно беше установено, че отделните изолирани проводници в генераторите са много по-ефективни от практическа гледна точка, отколкото твърд проводим диск. И в съвременните генератори сега се използват намотките на статорната тел (в най-простия случай - намотка от тел).

алтернатор

По-голямата част от съвременните генератори са синхронни генератори. Те имат анкерна намотка на статора, от която се отклонява генерираната електрическа енергия. На ротора е разположена намотка за възбуждане, към която през чифт контактни пръстени се подава постоянен ток, за да се получи въртящо се магнитно поле от въртящ се ротор.

Поради явлението електромагнитна индукция, когато роторът се върти от външно задвижване (например от двигател с вътрешно горене), неговият магнитен поток пресича всяка от фазите на намотката на статора на свой ред и по този начин индуцира емф в тях.

Най-често има три фази, те са физически изместени на котва спрямо една спрямо друга на 120 градуса, така че се получава трифазен синусоидален ток. Фазите могат да бъдат свързани в образец „звезда“ или „триъгълник“ стандартно мрежово напрежение.

Честотата на синусоидалната ЕРС е пропорционална на скоростта на ротора: f = np / 60, където - p е броят на двойките магнитни плюсове на ротора, n е броят на оборотите на ротора в минута. Обикновено максималната скорост на ротора е 3000 об / мин. Ако свържете трифазен токоизправител към намотките на статора на такъв синхронен генератор, ще получите генератор на постоянен ток (това, между другото, работят всички автомобилни генератори).

Три машинен синхронен генератор

Разбира се, класическият синхронен генератор има един сериозен минус - на ротора има контактни пръстени и четки в съседство с тях. Четките искрят и се износват поради триене и електрическа ерозия. В експлозивна атмосфера това не е допустимо. Следователно в авиацията и в дизеловите генератори по-често се срещат безконтактни синхронни генератори, по-специално три машинни.

Три машини имат три машини в един корпус: предварително възбудител, възбудител и генератор на общ вал. Предварителният възбудител е синхронен генератор, той се възбужда от постоянни магнити на вала, напрежението, което генерира, се подава към намотката на статора на възбудителя.

Статорът на патогена действа върху намотката на ротора, свързан към трифазен изправител, фиксиран към него, от който се подава основната намотка на възбуждане на генератора. Генераторът генерира ток в своя статор.

Газови, дизелови и бензинови преносими генератори

Днес много често се среща в домакинствата дизелови, бензинови и бензинови генераторикоито използват ICE като двигател с вътрешно горене - двигател с вътрешно горене, който предава механично въртене към ротора на генератора.

Генераторите на течно гориво имат резервоари за гориво, за газови генератори - необходимо е подаването на гориво през тръбопровода, така че тогава газът да се подава в карбуратора, където той ще се превърне в неразделна част от горивната смес.

Във всички случаи горивната смес се изгаря в буталната система, което кара коляновия вал да се върти. Това е подобно на автомобилен двигател. Коляновият вал върти ротора на безконтактен синхронен генератор (генератор).

Най-добрият инверторни генератори на домашни електроцентрали имат вградена батерия за компенсиране на разликите и система за двойно преобразуване, в такива устройства променливото напрежение е по-стабилно.

Автомобилни генератори

Друг пример за алтернатор - най-разпространеният тип генератор в света - автомобилен генератор, Този генератор традиционно съдържа намотка за възбуждане с хлъзгащи пръстени на ротора и трифазна намотка на статора с изправител.

Вграден електронен регулатор поддържа напрежението в приемливия диапазон за акумулатор на автомобил. Автомобилният генератор е високоскоростен генератор, скоростите му могат да достигнат 9000 в минута.

Въпреки че първоначално токът се получава променлив (върховете на полюсите на ротора последователно и с различна полярност пресичат трите фази на намотката на статора с техните магнитни потоци), тогава той се ректифицира с диоди и се превръща в постоянен, подходящ за зареждане на батерията.

Необичайни дизайни на електрически генератори:

Безплатни генератори на енергия

Супер ефективният двигател-генератор на Робърт Александър

Маркс генератор (импулсен генератор)

Пелтиев термогенератор

Наногенератори за миниатюрни електронни устройства