Elektrisko ģeneratoru veidi un to darba principi

Elektriskais ģenerators ir mašīna vai iekārta, kas paredzēta, lai neelektrisko enerģiju pārveidotu elektriskajā enerģijā: mehānisko enerģiju elektriskajā enerģijā, ķīmisko enerģiju elektriskajā enerģijā, siltuma enerģiju elektriskajā enerģijā utt. Mūsdienās, kad mēs galvenokārt lietojam vārdu “ģenerators”, mēs domājam mehānisku pārveidotāju enerģija elektriskajā enerģijā.

Tas var būt dīzeļdegvielas vai benzīna pārnēsājams ģenerators, atomelektrostacijas ģenerators, automašīnu ģenerators, mājās gatavots ģenerators no asinhronā elektromotora vai zema ātruma ģenerators mazjaudas vēja turbīnai. Raksta beigās mēs uzskatīsim par piemēru divus izplatītākos ģeneratorus, bet vispirms runāsim par viņu darba principiem.

Vienā vai otrā veidā no fiziskā viedokļa katra mehāniskā ģeneratora darbības princips ir viens un tas pats: elektromagnētiskās indukcijas parādībakad magnētiskais lauks šķērso vadītāju, šajā vadītājā rodas indukcijas emf. Spēka avoti, kas noved pie diriģenta un magnētiskā lauka savstarpējas kustības, var būt dažādi procesi, tomēr rezultātā emf un strāva vienmēr jāiegūst no ģeneratora, lai darbinātu slodzi.

Elektroģeneratora darbības princips - Faraday likums

Elektriskā ģeneratora principu 1831. gadā atklāja angļu fiziķis Maikls Faradejs. Vēlāk šo principu sauca par Faradejas likumu. Tas ir fakts, ka tad, kad diriģents šķērso perpendikulāri magnētiskajam laukam, šī diriģenta galos rodas potenciāla starpība.

Pirmo ģeneratoru pats Faraday uzbūvēja pēc viņa atklātā principa. Tas bija “Faraday disks” - vienpolārs ģenerators, kurā vara disks rotēja starp pakavas formas magnēta poliem. Ierīce radīja ievērojamu strāvu ar nelielu spriegumu.

Vēlāk tika atklāts, ka atsevišķi izolēti vadītāji ģeneratoros no praktiskā viedokļa ir daudz efektīvāki nekā ciets, vadītspējīgs disks. Mūsdienu ģeneratoros tagad tiek izmantoti statora stiepļu tinumi (vienkāršākā gadījumā stieples spole).

Ģenerators

Lielākais vairums mūsdienu ģeneratoru ir sinhroni ģeneratori. Viņiem ir enkura tinums uz statora, no kura tiek novirzīta radītā elektriskā enerģija. Uz rotora ir ierosmes tinums, kuram caur kontakta gredzenu pāri tiek pievadīta pastāvīga strāva, lai no rotējoša rotora iegūtu rotējošu magnētisko lauku.

Sakarā ar elektromagnētiskās indukcijas fenomenu, kad rotors griežas no ārēja piedziņas (piemēram, no iekšdedzes dzinēja), tā magnētiskā plūsma pēc kārtas šķērso katru no statora tinuma fāzēm un tādējādi tajās izraisa emf.

Visbiežāk ir trīs fāzes, tās tiek fiziski pārvietotas enkurā attiecībā pret otru par 120 grādiem, tāpēc tiek iegūta trīsfāžu sinusoidālā strāva. Fāzes var savienot “zvaigznes” vai “trīsstūra” zīmējumā, lai iegūtu standarta tīkla spriegums.

Sinusoidālā EML frekvence f ir proporcionāla rotora ātrumam: f = np / 60, kur - p ir rotora magnētisko plusu pāru skaits, n ir rotora apgriezienu skaits minūtē. Parasti maksimālais rotora ātrums ir 3000 apgr./min. Ja jūs savienojat trīsfāzu taisngriezi ar šāda sinhronā ģeneratora statora tinumiem, jūs iegūsit līdzstrāvas ģeneratoru (tas ir, starp citu, visi automašīnu ģeneratori strādā).

Trīs mašīnu sinhronais ģenerators

Protams, klasiskajam sinhronajam ģeneratoram ir viens nopietns mīnuss - uz rotora blakus ir kontaktu gredzeni un sukas. Otas dzirksteļo un nolietojas berzes un elektriskās erozijas dēļ. Sprādzienbīstamā vidē tas nav pieļaujams. Tāpēc aviācijā un dīzeļģeneratoros biežāk sastopami bezkontakta sinhronie ģeneratori, jo īpaši trīsmašīnu ģeneratori.

Trīs mašīnās vienā korpusā ir trīs mašīnas: priekš-ierosinātājs, ierosinātājs un ģenerators uz kopīgas vārpstas. Pre-ierosinātājs ir sinhrons ģenerators, tas tiek uzbudināts no pastāvīgajiem magnētiem uz vārpstas, tā radītais spriegums tiek piegādāts uz ierosinātāja statora tinumu.

Patogēna stators iedarbojas uz tinumu uz rotora, kas savienots ar tam piestiprinātu trīsfāzu taisngriezi, no kura tiek padots ģeneratora galvenais ierosmes tinums. Ģenerators savā statorā ģenerē strāvu.

Pārnēsājami gāzes, dīzeļdegvielas un benzīna ģeneratori

Mūsdienās mājsaimniecībās tas ir ļoti izplatīts dīzeļdegvielas, gāzes un benzīna ģeneratorikurā ICE tiek izmantots kā iekšdedzes dzinējs - iekšdedzes dzinējs, kas pārraida mehānisku rotāciju uz ģeneratora rotoru.

Šķidrā kurināmā ģeneratoriem ir degvielas tvertnes, gāzes ģeneratoriem - ir nepieciešams degvielu piegādāt caur cauruļvadu, lai pēc tam gāze tiktu ievadīta karburatorā, kur tā pārvērtīsies par neatņemamu degvielas maisījuma sastāvdaļu.

Visos gadījumos degvielas maisījums tiek sadedzināts virzuļu sistēmā, izraisot kloķvārpstas griešanos. Tas ir līdzīgs automašīnas dzinējam. Kloķvārpsta rotē bezkontakta sinhronā ģeneratora (ģeneratora) rotoru.

Labākais mājas elektrostaciju invertora ģeneratori jābūt iebūvētam akumulatoram, lai kompensētu atšķirības, un dubultā pārveidošanas sistēma, šādās ierīcēs maiņstrāva ir stabilāka.

Automašīnu ģeneratori

Vēl viens ģeneratora piemērs - visizplatītākais ģeneratora tips pasaulē - auto ģenerators. Šis ģenerators tradicionāli satur ierosmes tinumu ar rotora slīdēšanas gredzeniem un trīsfāzu statora tinumu ar taisngriezi.

Iebūvētais elektroniskais regulators uztur spriegumu automašīnas akumulatora pieļaujamajā diapazonā. Automašīnu ģenerators ir ātrgaitas ģenerators, tā ātrums var sasniegt 9000 minūtē.

Lai arī sākotnēji strāvu iegūst maiņstrāvas režīmā (rotora polu gali pārmaiņus un ar atšķirīgu polaritāti krustojas statora tinuma trīs fāzes ar to magnētiskajām plūsmām), pēc tam to izlīdzina ar diodēm un pārvēršas par pastāvīgu, kas piemērota akumulatora uzlādēšanai.

Neparasti elektrisko ģeneratoru dizaini:

Bezmaksas enerģijas ģeneratori

Roberta Aleksandra superefektīvais motora ģenerators

Marksa ģenerators (impulsa sprieguma ģenerators)

Peltier termogenerators

Miniatūru elektronisko ierīču nanoģeneratori