ประเภทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหลักการทำงาน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือเครื่องจักรหรือการติดตั้งที่ออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานที่ไม่ใช่ไฟฟ้าเป็นพลังงานไฟฟ้า: พลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า ฯลฯ วันนี้โดยทั่วไปเมื่อเราใช้คำว่า "เครื่องกำเนิดไฟฟ้า" เราหมายถึงเครื่องแปลงเชิงกล พลังงานเป็นพลังงานไฟฟ้า

มันสามารถเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพกพาดีเซลหรือเบนซินเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้ารถยนต์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบโฮมเมดจากมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสหรือเครื่องกำเนิดความเร็วต่ำสำหรับกังหันลมพลังงานต่ำ ในตอนท้ายของบทความเราจะพิจารณาเป็นตัวอย่างกำเนิดสองที่พบบ่อยที่สุด แต่ก่อนอื่นเรามาพูดเกี่ยวกับหลักการทำงานของพวกเขา

ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งจากมุมมองทางกายภาพหลักการของการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชิงกลแต่ละอันก็เหมือนกัน: ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อเมื่อสนามแม่เหล็กข้ามตัวนำตัวนำไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในตัวนำนี้ แหล่งที่มาของแรงที่นำไปสู่การเคลื่อนไหวร่วมกันของตัวนำและสนามแม่เหล็กสามารถเป็นกระบวนการต่าง ๆ อย่างไรก็ตามผลที่ได้คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าและกระแสจะต้องได้รับจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อให้พลังงานแก่โหลด

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า - กฎหมายฟาราเดย์

หลักการของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกค้นพบในปี 1831 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Michael Faraday ต่อมาหลักการนี้เรียกว่ากฎของฟาราเดย์ มันอยู่ในความจริงที่ว่าเมื่อตัวนำข้ามผ่านในแนวตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นที่ปลายของตัวนำนี้

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวแรกถูกสร้างขึ้นโดยฟาราเดย์เองตามหลักการที่เขาค้นพบมันคือ“ ดิสก์ฟาราเดย์” ซึ่งเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ unipolar ซึ่งดิสก์ทองแดงหมุนอยู่ระหว่างขั้วของแม่เหล็กรูปเกือกม้า อุปกรณ์ผลิตกระแสไฟฟ้าที่สำคัญด้วยแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อย

ในภายหลังพบว่าตัวนำฉนวนแต่ละตัวในเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าจากมุมมองที่ใช้งานได้จริงมากกว่าดิสก์ตัวนำที่เป็นของแข็ง และในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทันสมัยปัจจุบันเป็นขดลวดสเตเตอร์ที่ใช้ (ในกรณีสาธิตที่ง่ายที่สุดคือขดลวด)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสมัยใหม่ส่วนใหญ่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแบบซิงโครนัส พวกเขามีสมอที่คดเคี้ยวบนสเตเตอร์ซึ่งพลังงานไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจะถูกเบี่ยงเบน ขดลวดกระตุ้นถูกตั้งอยู่บนโรเตอร์ซึ่งกระแสไฟฟ้าคงที่จะถูกส่งผ่านวงแหวนหน้าสัมผัสคู่หนึ่งเพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กหมุนจากโรเตอร์หมุน

เนื่องจากปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อโรเตอร์หมุนจากไดรฟ์ภายนอก (ตัวอย่างเช่นจากเครื่องยนต์สันดาปภายใน) ฟลักซ์แม่เหล็กของมันจะตัดเฟสแต่ละเฟสของสเตเตอร์ที่คดเคี้ยวและทำให้เกิดแรงเคลื่อน

ส่วนใหญ่มักจะมีสามขั้นตอนพวกเขาจะถูกแทนที่ด้วยสมอที่สัมพันธ์กัน 120 องศาดังนั้นจึงได้รับกระแสไซน์สามเฟส ขั้นตอนสามารถเชื่อมต่อในรูปแบบ "ดาว" หรือ "สามเหลี่ยม" เพื่อให้ได้ แรงดันไฟหลักมาตรฐาน.

ความถี่ของ EMF ซายน์เป็นสัดส่วนกับความเร็วของโรเตอร์: f = np / 60 โดยที่ - p คือจำนวนคู่ของสนามแม่เหล็กบวกของโรเตอร์ n คือจำนวนรอบการหมุนของโรเตอร์ต่อนาที โดยทั่วไปความเร็วรอบของโรเตอร์สูงสุดคือ 3,000 รอบต่อนาที หากคุณเชื่อมต่อวงจรเรียงกระแสสามเฟสเข้ากับขดลวดสเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสคุณจะได้รับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (นี่คือวิธีที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ารถยนต์ทั้งหมดทำงาน)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสสามเครื่อง

แน่นอนว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสคลาสสิกมีหนึ่งลบร้ายแรง - บนโรเตอร์จะมีวงแหวนและแปรงติดกัน แปรงประกายและสึกหรอเนื่องจากแรงเสียดทานและการสึกกร่อนของไฟฟ้า ในบรรยากาศที่ไม่อนุญาตให้ทำเช่นนี้ ดังนั้นในการบินและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสแบบไร้สัมผัสโดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องสามเครื่องจึงเป็นเรื่องธรรมดา

สามเครื่องมีสามเครื่องในที่อยู่อาศัยเดียว: เครื่องเร้าล่วงหน้าเครื่องเร้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าบนเพลาทั่วไป pre-exciter เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสมันตื่นเต้นจากแม่เหล็กถาวรบนเพลาแรงดันที่สร้างขึ้นจะถูกส่งไปยังขดลวดสเตเตอร์ของเครื่องกระตุ้น

สเตเตอร์ของเชื้อโรคทำหน้าที่เกี่ยวกับขดลวดบนโรเตอร์ที่เชื่อมต่อกับวงจรเรียงกระแสสามเฟสจับจ้องไปที่มันซึ่งเป็นขดลวดกระตุ้นหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสร้างกระแสในสเตเตอร์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพกพาแก๊สดีเซลและเบนซิน

ทุกวันนี้พบเห็นได้ทั่วไปในครัวเรือน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลก๊าซและน้ำมันเบนซินซึ่งใช้ ICE เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายใน - เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ส่งการหมุนเชิงกลไปยังโรเตอร์กำเนิด

เครื่องกำเนิดเชื้อเพลิงเหลวมีถังเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องกำเนิดก๊าซ - มันเป็นสิ่งจำเป็นในการจ่ายเชื้อเพลิงผ่านท่อเพื่อให้ก๊าซถูกป้อนเข้าสู่คาร์บูเรเตอร์ซึ่งจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของส่วนผสมเชื้อเพลิง

ในทุกกรณีส่วนผสมของเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ในระบบลูกสูบทำให้เพลาข้อเหวี่ยงหมุน มันคล้ายกับเครื่องยนต์ของรถยนต์ เพลาข้อเหวี่ยงหมุนโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสแบบไม่สัมผัส (อัลเทอร์เนเตอร์)

ที่ดีที่สุด เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอินเวอร์เตอร์ของโรงไฟฟ้าในบ้าน มีแบตเตอรี่ในตัวเพื่อชดเชยความแตกต่างและระบบการแปลงสองครั้งในอุปกรณ์ดังกล่าวแรงดันไฟฟ้าสลับมีเสถียรภาพมากขึ้น

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ารถยนต์

อีกตัวอย่างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่พบมากที่สุดในโลก เครื่องกำเนิดไฟฟ้ารถยนต์. เครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้ประกอบด้วยขดลวดกระตุ้นด้วยแหวนลื่นบนโรเตอร์และขดลวดสเตเตอร์สามเฟสที่มีวงจรเรียงกระแส

อุปกรณ์ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ในตัวช่วยรักษาแรงดันให้อยู่ในช่วงที่ยอมรับได้สำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ เครื่องกำเนิดรถยนต์เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าความเร็วสูงความเร็วของมันสามารถเข้าถึง 9000 ต่อนาที

แม้ว่าในขั้นต้นกระแสจะได้รับการสลับ (ขั้วปลายของโรเตอร์สลับกันและในขั้วที่แตกต่างกันตัดสามเฟสของสเตเตอร์ที่คดเคี้ยวด้วยฟลักซ์แม่เหล็ก) แล้วมันจะถูกแก้ไขโดยไดโอดและเปลี่ยนเป็นค่าคงที่ที่เหมาะสมสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่

การออกแบบที่ผิดปกติของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า:

เครื่องกำเนิดพลังงานฟรี

เครื่องกำเนิดมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงของ Robert Alexander

กำเนิดมาร์กซ์ (กำเนิดแรงดันไฟฟ้าชีพจร)

Peltier thermomogenerator

เครื่องสร้างนาโนสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก