Jak działa generator elektryczny?

Funkcją każdego generatora elektrycznego jest wytwarzanie prądu elektrycznego. Ale tak naprawdę generator nie wytwarza niczego, a jedynie przekształca jedną formę energii w inną (co jest charakterystyczne dla wszystkich procesów energetycznych zachodzących w przyrodzie). Najczęściej, wymawiając wyrażenie „generator elektryczny”, oznaczają maszynę, która zamienia energię mechaniczną w energię elektryczną.

Energię mechaniczną można uzyskać z gazu lub pary rozprężającej się pod ciśnieniem, z opadającej wody lub nawet ręcznie. W każdym razie, aby otrzymać energię elektryczną z generatora, musi ona najpierw przenieść tę energię w akceptowalnej formie, najczęściej w formie mechanicznej.

Generatory pracujące z napędem mechanicznym są dominującą formą generatorów we współczesnym świecie. Takie generatory działają w elektrowniach jądrowych i hydroelektrycznych, w samochodach, w generatorach diesla i benzyny, w wiatrakach, w dynama ręcznym itp. Para, benzyna i wiatr służą jako źródła energii mechanicznej, która obraca wirnik generatora.

Przykład prostego generatora elektrycznego:

Cewka magnesująca lub magnesy trwałe są przymocowane do wirnika generatora. W ostatnich latach generatory stały się powszechne. z magnesami neodymowymi na wirniku, ponieważ współczesne magnesy neodymowe nie są gorsze w swoich właściwościach od silnego uzwojenia magnesującego.

Zasada generowania energii elektrycznej w generatorze opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej, która polega na tym, że strumień magnetyczny zmieniający się w przestrzeni indukuje pole elektryczne wokół tej przestrzeni.

A jeśli przewodnik zostanie umieszczony w obszarze, w którym obecne jest indukowane pole elektryczne, wówczas indukuje się w nim pole elektromagnetyczne (siła elektromotoryczna) (będzie indukowane), a odpowiednie napięcie można zaobserwować (zmierzyć, użyć do zasilania obciążenia) między końcami przewodnika.

Zmieniający się strumień magnetyczny jest uzyskiwany w generatorze za pomocą magnesów poruszających się wraz z wirnikiem lub końcówkami biegunowymi namagnesowanych specjalnymi uzwojeniami - uzwojeniami magnesującymi. Cewki magnesujące zwykle są zasilane przez szczotki i pierścienie ślizgowe.

Zastosowanie generatora do elektryfikacji modelu kolejowego:

Przewody, w których indukowane jest emf (napięcie elektryczne) w generatorze, są uzwojeniem stojana, zwykle umieszczonym w obwodzie magnetycznym przymocowanym do stałej części maszyny elektrycznej. Uzwojenie dla generatorów różnych typów można wykonać na różne sposoby.

W alternatorach trójfazowych przyjmuje się uzwojenia stojana wykonane zgodnie ze schematem trójfazowym - trzy części takiego trójfazowego uzwojenia można połączyć „gwiazdą” lub „trójkątem”.

Połączenie gwiazdą pozwala uzyskać napięcie o większej wielkości z generatora niż przy połączeniu trójkątem. Różnica naprężeń będzie źródłem 3 razy (około 1,73). Im wyższe napięcie, tym niższy maksymalny prąd, jaki można uzyskać z tego generatora przy obciążeniu.

Działanie generatora elektrycznego w elektrowni:

Moc znamionowa generatora zależy od kilku czynników, które determinują jego prąd znamionowy i napięcie. Napięcie na zaciskach wyjściowych generatora zależy od długości uzwojenia stojana (drutu), prędkości wirnika i indukcji pola magnetycznego na jego biegunach. Im więcej tych parametrów, tym większe napięcie jest uzyskiwane z generatora na biegu jałowym i pod obciążeniem.

Przenośny generator (mini-elektrownia) do autonomicznego zasilania:

Maksymalny prąd, jaki można uzyskać z generatora, jest teoretycznie ograniczony przez prąd zwarciowy.Prawie przy prędkości nominalnej zależy to od grubości drutu uzwojenia stojana i od całkowitego strumienia magnetycznego wirnika.

Jeśli strumień magnetyczny nie wystarczy, w niektórych przypadkach należy zastosować zwiększenie prędkości. Ale wtedy generator musi być wyposażony w automatyczny regulator napięcia, tak jak ma to miejsce w generatorach samochodowych, które są w stanie wytworzyć prąd dopuszczalny do ładowania akumulatora w szerokim zakresie prędkości.

Zobacz także na ten temat:

Maszyny dynama - pierwsze generatory prądu stałego

Rodzaje generatorów elektrycznych i zasady ich działania

Jak jest ustawiony i działa generator diesla?

Urządzenie generatora samochodowego i jego funkcje