Types de générateurs électriques et principes de leur travail

Un générateur électrique est une machine ou une installation conçue pour convertir de l'énergie non électrique en énergie électrique: énergie mécanique en énergie électrique, énergie chimique en énergie électrique, énergie thermique en énergie électrique, etc. Aujourd'hui, en gros, lorsque nous utilisons le mot «générateur», nous entendons un convertisseur mécanique l'énergie en énergie électrique.

Il peut s'agir d'un générateur portatif diesel ou essence, d'un générateur de centrale nucléaire, d'un générateur de voiture, d'un générateur maison d'un moteur électrique asynchrone ou d'un générateur à basse vitesse pour une éolienne de faible puissance. À la fin de l'article, nous considérerons comme exemple les deux générateurs les plus courants, mais d'abord, parlons des principes de leur travail.

D'une manière ou d'une autre, d'un point de vue physique, le principe de fonctionnement de chacun des générateurs mécaniques est le même: phénomène d'induction électromagnétiquelorsque, lorsque le champ magnétique traverse le conducteur, la FEM d'induction se produit dans ce conducteur. Les sources de la force conduisant au mouvement mutuel du conducteur et du champ magnétique peuvent être divers processus, cependant, en conséquence, la FEM et le courant doivent toujours être obtenus du générateur pour alimenter la charge.

Le principe de fonctionnement du générateur électrique - Loi Faraday

Le principe du générateur électrique a été découvert en 1831 par le physicien anglais Michael Faraday. Plus tard, ce principe a été appelé la loi de Faraday. Elle réside dans le fait que lorsque le conducteur traverse perpendiculairement au champ magnétique, une différence de potentiel se produit aux extrémités de ce conducteur.

Le premier générateur a été construit par Faraday lui-même selon le principe qu'il a découvert, c'était un «disque de Faraday» - un générateur unipolaire dans lequel un disque de cuivre tournait entre les pôles d'un aimant en forme de fer à cheval. L'appareil a produit un courant important avec une légère tension.

Il a été constaté plus tard que les conducteurs isolés individuels dans les générateurs sont beaucoup plus efficaces d'un point de vue pratique qu'un disque conducteur solide. Et dans les générateurs modernes, ce sont maintenant les enroulements de fil de stator qui sont utilisés (dans le cas le plus simple, une bobine de fil).

Alternateur

La grande majorité des générateurs modernes sont des alternateurs synchrones. Ils ont une ancre s'enroulant sur le stator, à partir de laquelle l'énergie électrique générée est détournée. Un enroulement d'excitation est situé sur le rotor, auquel un courant constant est fourni à travers une paire d'anneaux de contact afin d'obtenir un champ magnétique tournant à partir d'un rotor tournant.

En raison du phénomène d'induction électromagnétique, lorsque le rotor tourne à partir d'un entraînement externe (par exemple, d'un moteur à combustion interne), son flux magnétique intersecte tour à tour chacune des phases de l'enroulement du stator, et induit ainsi une FEM en elles.

Le plus souvent, il y a trois phases, elles sont physiquement déplacées à l'ancre les unes par rapport aux autres de 120 degrés, donc un courant sinusoïdal triphasé est obtenu. Les phases peuvent être connectées selon un motif «étoile» ou «triangle» pour obtenir tension secteur standard.

La fréquence de l'EMF sinusoïdale f est proportionnelle à la vitesse du rotor: f = np / 60, où - p est le nombre de paires d'avantages magnétiques du rotor, n est le nombre de tours du rotor par minute. En règle générale, la vitesse maximale du rotor est de 3000 tr / min. Si vous connectez un redresseur triphasé aux enroulements du stator d'un tel générateur synchrone, vous obtiendrez un générateur de courant continu (c'est d'ailleurs tous les générateurs automobiles qui fonctionnent).

Générateur synchrone à trois machines

Bien sûr, le générateur synchrone classique a un sérieux inconvénient - sur le rotor, il y a des anneaux de contact et des brosses à côté d'eux. Les brosses étincellent et s'usent en raison du frottement et de l'érosion électrique. Dans une atmosphère explosive, cela n'est pas autorisé. Par conséquent, dans l'aviation et dans les générateurs diesel, les générateurs synchrones sans contact, en particulier ceux à trois machines, sont plus courants.

Trois machines ont trois machines dans un seul boîtier: un pré-excitateur, un excitateur et un générateur sur un arbre commun. Le pré-excitateur est un générateur synchrone, il est excité par des aimants permanents sur l'arbre, la tension qu'il génère est fournie à l'enroulement statorique de l'excitatrice.

Le stator d'excitation agit sur l'enroulement du rotor relié à un redresseur triphasé qui lui est fixé, à partir duquel est alimenté l'enroulement d'excitation principal du générateur. Le générateur génère du courant dans son stator.

Génératrices portatives au gaz, au diesel et à l'essence

Aujourd'hui très fréquent dans les ménages générateurs diesel, gaz et essencequi utilisent l'ICE comme moteur à combustion interne - un moteur à combustion interne qui transmet la rotation mécanique au rotor du générateur.

Les générateurs de carburant liquide ont des réservoirs de carburant, les générateurs de gaz doivent fournir du carburant à travers une canalisation, de sorte que le gaz soit ensuite envoyé au carburateur, où il se transformera en partie intégrante du mélange de carburant.

Dans tous les cas, le mélange de carburant est brûlé dans le système de piston, entraînant la rotation du vilebrequin. Cela ressemble à un moteur de voiture. Le vilebrequin fait tourner le rotor d'un générateur synchrone sans contact (alternateur).

Le meilleur générateurs onduleurs de centrales électriques domestiques avoir une batterie intégrée pour compenser les différences et un système de double conversion, dans de tels appareils, la tension alternative est plus stable.

Générateurs de voitures

Un autre exemple d'alternateur - le type de générateur le plus courant au monde - générateur de voiture. Ce générateur contient traditionnellement un enroulement d'excitation avec bagues collectrices sur le rotor et un enroulement statorique triphasé avec redresseur.

Le régulateur électronique intégré maintient la tension dans la plage acceptable pour une batterie de voiture. Un générateur de voiture est un générateur à grande vitesse, ses vitesses peuvent atteindre 9000 par minute.

Bien qu'au départ, le courant se révèle alternatif (les extrémités des pôles du rotor alternent et en polarité différente coupent les trois phases de l'enroulement du stator avec leurs flux magnétiques), puis il est redressé par des diodes et se transforme en une constante qui convient pour charger la batterie.

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