Ein Stromgenerator ist ein Gerät zur Umwandlung nichtelektrischer Energiearten (chemisch, mechanisch, thermisch) in elektrische Energie. Darüber hinaus basiert sein Design auf der Anwendung des Prinzips der elektromagnetischen Induktion.
Das Funktionsprinzip und die Vorrichtung der einfachsten Lichtmaschine
Elektromagnetische Induktion ist ein Phänomen, das 1831 vom britischen Physiker Michael Faraday (1791-1867) entdeckt wurde, der entdeckte, dass bei einem zeitlich veränderlichen Magnetfluss durch einen geschlossenen leitenden Stromkreis in diesem ein elektrischer Strom entsteht. Es ist dieses Prinzip, das jedem Generator zugrunde liegt.
In der Praxis wird das Prinzip der elektromagnetischen Induktion wie folgt umgesetzt: Ein elektrischer Strom tritt in einem geschlossenen Rahmen (Rotor) auf, wenn er sich mit einem rotierenden Magnetfeld schneidet, das je nach Zweck und Aufbau des Generators durch Permanentmagnete oder spezielle Erregerwicklungen gebildet wird. Wenn sich der Rahmen dreht, ändert sich die Größe des Magnetflusses. Je schneller es sich dreht, desto höher ist die Ausgangsspannung.
Dieser Effekt wurde 1827 vom ungarischen Physiker Agnos Istvan Jedlik (1800-1895) entdeckt und zur Herstellung des Originalmodells eines Stromgenerators verwendet. Der Wissenschaftler ließ seine Entdeckung jedoch nicht patentieren und kündigte erst 1850 die Schaffung des ersten Dynamos an.
Um elektrischen Strom zu entfernen, ist der Rahmen mit einem Stromkollektor ausgestattet, der ihn in einen geschlossenen Kreislauf verwandelt und einen konstanten Kontakt des rotierenden Rahmens mit stationären Elementen des Generators ermöglicht. Federbelastete Bürsten werden gegen die Kollektorringe gedrückt und somit wird der elektrische Strom den Ausgangsklemmen des Generators zugeführt.
Beim Drehen verlaufen die Hälften des Rahmens nacheinander in der Nähe der Pole des Magneten. In diesem Fall tritt eine zyklische Änderung der Bewegungsrichtung des austretenden Stroms auf - an jedem Pol bewegt sich der Strom in eine Richtung.
Je nach Ausführung des Kollektors kann der Generator sowohl Gleich- als auch Wechselstrom erzeugen.
- In Gleichstromgeneratoren gibt es für jede Hälfte der Wicklung im Kollektorknoten isolierte Ringe voneinander. Aufgrund der Tatsache, dass diese Halbringe ständig die Bürsten wechseln, ändert der Strom nicht seine Richtung, sondern pulsiert einfach.
- Bei Lichtmaschinen sind die Enden des Rahmens an Schleifringen gebunden, und diese gesamte Struktur dreht sich um ihre Achse. Beim Drehen des Rahmens liefern Bürsten, von denen jede eng an ihren Ring angrenzt, einen zuverlässigen Ableiter. In diesem Fall tritt keine zyklische Änderung der Position der Bürsten auf.
Der rotierende Teil des Generators wird als Rotor und der stationäre Teil als Stator bezeichnet.
Das Funktionsprinzip von Wechsel- und Gleichstromgeneratoren ist identisch. Sie unterscheiden sich untereinander in der Konstruktion der auf einem rotierenden Rotor angeordneten Schleifringe und der Konfiguration der Wicklungen.
Bei Wechselstromgeneratoren wird häufig eine ursprüngliche technische Lösung verwendet, die auf der Tatsache basiert, dass die EMF im Leiter nicht nur auftritt, wenn sie sich in einem Magnetfeld dreht, sondern auch in dem Fall, in dem sich das Magnetfeld selbst relativ zu einem stationären Leiter dreht.
Dieser Effekt wird häufig von Entwicklern verwendet, die elektrische oder Permanentmagnete auf einem rotierenden Rotor platzieren. In diesem Fall wird die Spannung von der stationär montierten Wicklung entfernt, wodurch es möglich wird, die komplexen Konstruktionen von Kollektoranordnungen zu beseitigen.
Wechselstromgeneratoren
Eine große Anzahl der verschiedensten Wechselstromgeneratoren wird produziert. Sie können anhand der folgenden Parameter klassifiziert werden:
- konstruktives Design;
- Anregungsmethode;
- Anzahl der Phasen.
Durch die Methode der Anregung für den Verbraucher können Aggregate gefunden werden:
- mit unabhängiger Erregung - Die Erregerwicklung wird von einer unabhängigen Stromquelle mit Gleichstrom versorgt.
- bei Eigenerregung - der Erregerwicklung wird ein gleichgerichteter Strom vom Generator selbst zugeführt;
- mit Erregung durch Permanentmagnete - keine Erregerwicklung;
- mit Erregung durch den Erreger - ein Gleichstromgenerator mit geringer Leistung, der mit dem versorgten Generator auf derselben Welle "sitzt".
Elektrische Generatoren sind nach Anzahl der Phasen:
- einzelphase;
- zweiphasig;
- Drei Phasen.
In der Praxis werden am häufigsten Dreiphasengeneratoren gefunden. Dies ist auf eine Reihe von Vorteilen zurückzuführen, die für diese Art von Aggregaten charakteristisch sind:
- Erzielung eines wirtschaftlichen Effekts bei der Entwicklung von Fernstromübertragungssystemen - Verringerung des Materialverbrauchs von Transformatorvorrichtungen und Stromkabeln; Dies trägt zum Vorhandensein eines kreisförmigen Magnetfelds bei;
- erhöhte betriebliche Ressource, die das Gleichgewicht des Systems gewährleistet;
- gleichzeitige Verwendung von Linear- und Phasenspannung.
Strukturell weist ein dreiphasiger elektrischer Generator drei unabhängige Wicklungen auf, die im Stator um den Umfang herum mit einem Versatz von 120 ° relativ zueinander angeordnet sind. Außerdem ist jede Wicklung ein Einphasengenerator, der dem Verbraucher R Wechselspannung zuführen kann. Eine solche Einzelwicklung wird als "Phase" bezeichnet. Phasenwicklungen können durch ein "Dreieck" oder "Stern" miteinander verbunden sein.
Es gibt andere Schemata zum Verbinden der Wicklungen, zum Beispiel das Sechs-Draht-Tesla-System oder die Slavyanka-Verbindung (eine Kombination von sechs Wicklungen in Form eines „Sterns“ und eines „Dreiecks“), aber sie wurden nicht häufig verwendet.
Die Rolle des Rahmens bei Geräten, die Wechselstrom erzeugen, spielt ein Elektromagnet, der durch Drehen die in den Wicklungen induzierten EMF-Variablen um ein Drittel eines Zyklus relativ zueinander verschiebt.
Unter den vielen Lichtmaschinen gibt es zwei Haupttypen ihrer Konstruktion: synchron und asynchron. In jüngster Zeit ist angesichts der großen Anzahl komplexer elektronischer Geräte, die von Mikroprozessoren gesteuert werden, ein neuer Typ eines elektrischen Generators erschienen - Wechselrichter.
Synchrone Stromerzeuger
Ein Synchrongenerator besteht aus zwei Teilen - einem beweglichen Rotor und einem festen Stator.
Wenn sich der Rotor dreht, bei dem es sich um einen Elektromagneten mit einem Kern und einer Erregerwicklung handelt, der über einen Bürstenmechanismus mit einer externen Stromquelle verbunden ist, wird in der Statorwicklung eine EMK induziert, die den Ausgangsanschlüssen des Generators zugeführt wird. Diese Konstruktion macht Gleitkontakte überflüssig, was die Konstruktion der Einheit erheblich vereinfacht. Zunächst wird der Magnetfluss von einem Erreger eines Drittanbieters angeregt, der auf einer gemeinsamen Welle montiert und über eine Kupplung mit dem System verbunden ist.
Bei Synchrongeneratoren mit geringer Leistung wird die Feldwicklung von einem gleichgerichteten Strom gespeist. In diesem Fall wird der Stromkreis aufgrund der Aktivierung von Transformatoren gebildet, die in dem Lastkreis enthalten sind. Ein Halbleitergleichrichter ist ebenfalls enthalten. Der Hauptstromkreis umfasst:
- Feldwicklung;
- Rheostat einstellen.
Das Hauptmerkmal des Synchrongenerators ist, dass die Frequenz des erzeugten elektrischen Stroms proportional zur Rotordrehzahl ist.
Asynchrone Stromerzeuger
Ein Asynchrongenerator unterscheidet sich von einem Synchrongenerator durch das Fehlen einer starren Verbindung zwischen den Rotordrehzahlen und der induzierten EMK. Der Unterschied zwischen diesen Parametern wird als "Schlupf" bezeichnet. Zwischen dem Rotor und dem Stator des Asynchrongenerators besteht ein Luftspalt. Gleichzeitig beeinflusst das Bremsmoment, das beim Anschließen der Last auftritt und die Drehung des Rotors verhindert, die Frequenz der erzeugten EMK. Daher wird Elektrizität in Asynchrongeneratoren mit einer erhöhten Rotordrehzahl erzeugt.
Das Design von Asynchrongeneratoren ist einfach, weist jedoch im Vergleich zu Synchroneinheiten die schlechtesten technischen Eigenschaften auf - der Frequenzfehler kann 4% und die Spannung bis zu 10% erreichen. Darüber hinaus sind asynchrone Generatoren für den Einschaltstrom von entscheidender Bedeutung. Daher wird empfohlen, sie zusammen mit Stabilisatoren zu betreiben. In einigen Fällen kann beispielsweise für einen reibungslosen Start des Elektromotors ein Frequenzumrichter erforderlich sein.
Wechselrichtergeneratoren
Ein Wechselrichtergenerator ist ein herkömmlicher Asynchrongenerator, an dessen Ausgang ein zusätzlicher Stabilisator für Ausgangsparameter installiert ist.
Es funktioniert wie folgt: Die von einem Asynchrongenerator erzeugte Spannung geht zum Wechselrichter, wo sie zuerst gleichgerichtet wird, und dann werden aus der resultierenden Gleichspannung Impulse einer bestimmten Frequenz und eines bestimmten Arbeitszyklus gebildet. Am Ausgang des Gerätes werden diese Impulse in eine sinusförmige Spannung mit nahezu perfekten technischen Eigenschaften umgewandelt.
Generatorantrieb
Unter häuslichen Bedingungen wird der Generatorrotor von Verbrennungsmotoren (ICE) angetrieben, die mit Kraftstoffen wie Benzin oder Diesel betrieben werden. Gleichzeitig beträgt die Lebensdauer von Benzingeneratoren, die mit Push-Pull-ICEs ausgestattet sind, etwa 500 Stunden pro Jahr (nicht mehr als 4 Stunden pro Tag). Viertakt-ICE erreicht 5000 Stunden pro Jahr.
Es ist ratsam, Benzingeneratoren für kurze Stromausfälle und / oder zum Ausgehen auf dem Land zu verwenden.
Mit Dieselkraftstoff betriebene Generatoren zeichnen sich durch hohe Leistung und viel haltbareres Benzin aus. Darunter befinden sich Modelle mit Luft- und Flüssigkeitskühlung. Luftgekühlte Geräte werden für den Einsatz an Orten empfohlen, an denen der Strom häufig für längere Zeit abgeschaltet ist.
Die Verwendung solcher Haushaltsgeräte ist äußerst einfach: Sie müssen den Kraftstoff in den Tank füllen, den Schlüssel drehen, um den Motor zu starten und die Last anzuschließen. Ihr Bedienfeld ist mit allen notwendigen und intuitiven Beschriftungen und Symbolen ausgestattet.
Flüssigkeitsgekühlte Dieselgeneratoren sind Geräte einer völlig anderen Kategorie. Sie können tagelang arbeiten und werden hauptsächlich in Unternehmen als Backup-Stromquellen eingesetzt.
Industriegeneratoren zur Erzeugung von Wechselstrom und zur Versorgung der Verbraucher über große Entfernungen mit Hochspannungsleitungen (Übertragungsleitungen) werden durch Aktivierung von Hydraulik- oder Dampfturbinen betrieben. In solchen Einheiten ist der Rotormechanismus direkt mit dem Turbinenrad verbunden.
Turbinengeneratoren zeichnen sich durch hohe Leistung (bis zu 100.000 kW) aus und können Wechselstrom mit einer Spannung von bis zu 16 kV erzeugen. Die Länge und der Durchmesser ihres Rotors können 6,5 bzw. 15 Meter erreichen, und die Drehzahl des letzteren liegt im Bereich von 1500 ... 3000 U / min.Installieren Sie solche Einheiten in separaten Räumen auf speziell vorbereiteten Betonsubstraten.
Optionen und Fähigkeiten von Haushaltsstromgeneratoren
Zur Vereinfachung der Verwendung statten die Hersteller ihre Produkte mit einer Reihe nützlicher Optionen aus, darunter:
- Vorrichtung zum automatischen Starten des Geräts während eines Stromausfalls;
- das Vorhandensein eines eingebauten FI-Schutzschalters, der das Gerät während eines Isolationsausfalls vom Stromnetz trennt, und das Auftreten eines Leckstroms;
- Parameter steuern und auf dem Display anzeigen;
- Überspannungschutz.
Wenn eine Last an einen elektrischen Generator angeschlossen wird, dessen Wert niedriger als der Nennwert ist, beginnt das Gerät, einen Teil des flüssigen Kraftstoffs umsonst zu „fressen“, ohne seine Fähigkeiten voll auszuschöpfen.
Es ist nicht überflüssig, im Lieferumfang ein spezielles Schalldämpfungsgehäuse, einen erhöhten Kraftstofftank, ein Gehäuse zu haben, das das Gerät vor niedrigen Temperaturen schützt usw.
Installationsfunktionen
Ein potenzieller Besitzer einer Lichtmaschine muss sich vor dem Kauf um die Vorbereitung des Installationsortes kümmern. Unabhängig davon, wo eine solche Einheit im Innen- oder Außenbereich installiert wird, ist eine flache und solide Plattform erforderlich. Die Installation eines elektrischen Generators an einer unebenen Stelle führt zu einer Zunahme der Vibrationen, was den Verschleiß von Teilen beschleunigt und zum Ausfall eines teuren Geräts führen kann.
Bei der Installation des Generators in einem Raum ist auf eine ausreichende Belüftung zu achten. Darüber hinaus wird empfohlen, während des Betriebs des Geräts die Raumtür offen zu lassen, was wiederum die Installation eines Gitters in der Tür erfordert, das Außenstehende und vor allem Kinder am Zugang zum Gefahrenbereich hindert.
Der elektrische Generator wird in strikter Übereinstimmung mit den in der Betriebsanleitung festgelegten Anforderungen an das Stromnetz angeschlossen. In diesem Fall muss das Elektrokabel nach der Einführungsmaschine und dem Stromzähler angeschlossen werden.
