Генератор на електрически ток е устройство, предназначено да преобразува неелектрически видове енергия (химическа, механична, топлинна) в електрическа. Освен това неговият дизайн се основава на използването на принципа на електромагнитната индукция.
Принципът на работа и устройството на най-простия алтернатор
Електромагнитната индукция е феномен, открит през 1831 г. от британския физик Майкъл Фарадей (1791-1867), който открива, че когато променящ се във времето магнитен поток преминава през затворена проводима верига, в последния възниква електрически ток. Именно този принцип е в основата на всеки генератор.
На практика принципът на електромагнитната индукция се осъществява по следния начин: електрически ток възниква в затворена рамка (ротор), когато се пресича с въртящо се магнитно поле, образувано в зависимост от предназначението и конструкцията на генератора чрез постоянни магнити или специални намотки за възбуждане. Когато рамката се върти, величината на магнитния поток се променя. Колкото по-бързо се върти, толкова по-високо е изходното напрежение.
През 1827 г. този ефект е открит и използван за създаване на оригиналния модел на генератор на електрически ток от унгарския физик Агнос Ищван Джедлик (1800-1895). Въпреки това, считайки го за известен, ученият не патентова откритието си и обявява създаването на първото динамо едва през 1850 година.
За да премахнете електрическия ток, рамката е снабдена с токов колектор, който я превръща в затворен контур и осигурява постоянен контакт на въртящата се рамка със стационарни елементи на генератора. Пружинните четки се притискат към колекторните пръстени и по този начин електрическият ток се подава към изходните клеми на генератора.
Въртящи се, половините на рамката преминават последователно близо до полюсите на магнита. В този случай настъпва циклична промяна в посоката на движение на възникващия ток - на всеки полюс токът се движи в една посока.
В зависимост от дизайна на колектора, генераторът може да генерира както постоянен, така и променлив ток.
- В DC генераторите за всяка половина на намотката в колекторния възел има изолирани пръстени един от друг. Поради факта, че тези половин пръстени постоянно променят четките, токът не променя посоката си, а просто пулсира.
- В алтернаторите краищата на рамката са вързани за хлъзгащи пръстени и цялата тази структура се върти около оста си. При завъртане на рамката четките, всяка от които е в непосредствена близост до пръстена си, осигуряват надежден проводник надолу. В този случай циклична промяна в позицията на четките не настъпва.
Въртящата се част на генератора се нарича ротор, а неподвижната част се нарича статор.
Принципът на работа на генератори с променлив и постоянен ток е идентичен. Те се различават помежду си по дизайна на хлъзгащи пръстени, разположени на въртящ се ротор, и конфигурацията на намотките.
В генераторите с променлив ток често се използва оригинално техническо решение, което се основава на факта, че ЕМП се появява в проводника не само когато се върти в магнитно поле, но и в случаите, когато самото магнитно поле се върти спрямо стационарен проводник.
Този ефект се използва широко от разработчиците, които поставят електрически или постоянни магнити на въртящ се ротор. В този случай напрежението се отстранява от стационарно монтираната намотка, което дава възможност да се отървете от сложните конструкции на колекторните възли.
Генератори за променлив ток
Произвеждат се огромен брой най-разнообразни променливи генератори. Те могат да бъдат класифицирани по следните параметри:
- конструктивен дизайн;
- метод на възбуждане;
- брой фази.
По метода на възбуждане към потребителя могат да се намерят агрегати:
- с независимо възбуждане - намотката на възбуждането се захранва с постоянен ток от независим източник на енергия;
- със самовъзбуждане - към намотката на възбуждането се подава ректифициран ток от самия генератор;
- с възбуждане от постоянни магнити - без намотка на възбуждане;
- с възбуждане от патогена - постоянен генератор с ниска мощност, "седнал" на същия вал с обслужвания генератор.
По броя на фазите електрическите генератори са:
- монофазни;
- двуфазна;
- три фази.
На практика най-често се срещат трифазни алтернатори. Това се дължи на редица предимства, характерни за този тип агрегати:
- получаване на икономически ефект при разработването на системи за предаване на електроенергия на дълги разстояния - намаляване на консумацията на материали на трансформаторни устройства и силови проводници; Това допринася за наличието на кръгово магнитно поле;
- увеличен оперативен ресурс, който осигурява баланс на системата;
- едновременно използване на линейно и фазово напрежение.
Структурно трифазен електрически генератор има три независими намотки, разположени в статора около обиколката с отместване 120 ° спрямо една спрямо друга. Освен това всяка намотка е еднофазен генератор, който е в състояние да достави променливо напрежение на потребителя R. Такава единична намотка се нарича "фаза". Фазовите намотки могат да бъдат свързани помежду си чрез "триъгълник" или "звезда".
Има и други схеми за свързване на намотките, например шестопроводната система Tesla или връзката Славянка (комбинация от шест намотки под формата на една „звезда“ и един „триъгълник“), но те не се използват широко.
Ролята на рамката в устройства, генериращи променлив ток, се играе от електромагнит, който, въртящ се, измества EMF променливите, индуцирани в намотките, с една трета от цикъла спрямо една спрямо друга.
Сред многото алтернатори има два основни типа техния дизайн: синхронен и асинхронен. Наскоро, предвид големия брой сложни електронни устройства, управлявани от микропроцесори, се появи нов тип електрически генератор - инвертор.
Синхронни генератори на енергия
Синхронен алтернатор се състои от две части - подвижен ротор и неподвижен статор.
Когато роторът се върти, което е електромагнит с сърцевина и намотка на възбуждане, свързан към външен източник на захранване с помощта на четен механизъм, в намотката на статора се индуцира ЕМП, който се подава към изходните клеми на генератора. Този дизайн елиминира необходимостта от плъзгащи се контакти, което значително опростява дизайна на устройството. Първоначално магнитният поток се възбужда от трета страна възбудител, монтиран на общ вал и свързан към системата с помощта на съединител.
В синхронните генератори с ниска мощност полевата намотка се захранва от изправен ток. В този случай електрическата верига се образува поради активирането на трансформатори, включени в товарната верига. Включен е и полупроводников изправител. Основната електрическа верига включва:
- полеви намотки;
- регулиране на реостат.
Основната характеристика на синхронния генератор е, че честотата на генерирания електрически ток е пропорционална на скоростта на ротора.
Асинхронни генератори на енергия
Асинхронен алтернатор се различава от синхронен по липсата на твърда връзка между скоростите на ротора и индуцирания ЕМП. Разликата между тези параметри се нарича "плъзгане". Между ротора и статора на асинхронния генератор има въздушна междина. В същото време спирачният въртящ момент, който възниква при свързване на товара и предотвратява въртенето на ротора, влияе на честотата на генерирания ЕРС. Следователно електричеството в асинхронните генератори се генерира с повишена скорост на ротора.
Конструкцията на асинхронните генератори е проста, но има най-лошите технически характеристики в сравнение със синхронните единици - грешката в честотата може да достигне до 4%, а в напрежението до 10%. В допълнение, асинхронните генератори са критични за входния ток. Ето защо се препоръчва да ги използвате заедно със стабилизатори, а в някои случаи, например, за плавен старт на електродвигателя, може да е необходим честотен преобразувател.
Инверторни генератори
Инверторният генератор е конвенционален асинхронен генератор, на изхода на който е инсталиран допълнителен стабилизатор на изходните параметри.
Тя работи по следния начин: напрежението, генерирано от асинхронен генератор, отива към инвертора, където първо се коригира, а след това от полученото постоянно напрежение се формират импулси с определена честота и работен цикъл. На изхода на устройството тези импулси се преобразуват в синусоидално напрежение с почти перфектни технически характеристики.
Задвижване на генератора
В домашни условия роторът на генератора се задвижва от двигатели с вътрешно горене (ICE), работещи на горива като бензин или дизел. В същото време експлоатационният живот на бензиновите генератори, оборудвани с ДВГ-издърпване, е около 500 часа годишно (не повече от 4 часа на ден); четиритактов ICE достига 5000 часа годишно.
Препоръчително е да използвате бензинови електрически генератори за кратки прекъсвания на електрозахранването и / или за излизане в провинцията.
Генераторите, работещи на дизелово гориво, се характеризират с висока мощност и много по-издръжлив бензин. Сред тях има модели с въздушно и течно охлаждане. Агрегатите с въздушно охлаждане се препоръчват за използване на места, където електричеството често е изключено за дълго време.
Използването на такива домакински уреди е изключително просто - трябва да напълните горивото в резервоара, да завъртите ключа, за да стартирате двигателя и да свържете товара. Техният контролен панел е оборудван с всички необходими и интуитивни надписи и символи.
Течно охладените дизелови генератори са устройства в съвсем различна категория. Те са в състояние да работят с дни и се използват главно в предприятията като резервни източници на енергия.
Промишлените генератори, проектирани да генерират променлив ток и да го доставят на потребителите на дълги разстояния, използвайки електропроводи с високо напрежение (електропроводи), работят чрез активиране на хидравлични или парни турбини. В такива единици роторният механизъм е свързан директно към турбинното колело.
Турбинните генератори се характеризират с голяма мощност (до 100 000 кВт) и са способни да генерират променлив ток с напрежение до 16 kV. Дължината и диаметърът на ротора им могат да достигнат съответно 6,5 и 15 метра, а скоростта на въртене на последния е в интервала от 1500 ... 3000 об / мин.Инсталирайте такива единици в отделни помещения върху специално подготвени бетонни основи.
Опции и възможности на домакински електрически генератори
За по-лесно използване, производителите оборудват своите продукти с редица полезни опции, сред които са:
- устройство за автоматично стартиране на устройството по време на прекъсване на захранването;
- наличието на вграден RCD, изключване на устройството от електрическата мрежа по време на повреда на изолацията и поява на ток за изтичане;
- контролира параметрите и ги показва на дисплея;
- защита от претоварване
Когато към електрически генератор е свързан товар, чиято стойност ще бъде по-ниска от номиналната, агрегатът ще започне да „изяжда“ част от течното гориво за нищо, без да използва напълно своите възможности.
Няма да е излишно в комплекта за доставка да има специален заглушаващ корпус, увеличен резервоар за гориво, корпус, предпазващ устройството от излагане на ниска температура и т.н.
Функции за инсталиране
Потенциалният собственик на алтернатор трябва да се погрижи за подготовката на мястото за инсталиране, преди да закупи. Независимо къде ще бъде инсталиран такъв блок, на закрито или на открито, той ще изисква равна и здрава платформа. Инсталирането на електрически генератор на неравномерно място ще доведе до повишаване на вибрациите, което ще ускори износването на частите и може да провокира повредата на скъпо устройство.
Когато инсталирате генератора в помещение, е важно да се предвиди наличието на отработена вентилация. Освен това, по време на работа на уреда, се препоръчва да оставите вратата на стаята отворена, което от своя страна ще изисква монтирането на решетка на вратата, която блокира външни лица и най-важното деца от достъп до опасната зона.
Електрическият генератор е свързан към електрическата мрежа в стриктно съответствие с изискванията, посочени в инструкциите за експлоатация. В този случай електрическият кабел трябва да бъде свързан след въвеждащата машина и електромера.
