Generator električne struje je uređaj dizajniran za pretvaranje neelektričnih vrsta energije (kemijske, mehaničke, toplinske) u električnu. Štoviše, njegov se dizajn temelji na uporabi načela elektromagnetske indukcije.
Načelo rada i uređaj najjednostavnijeg alternatora
Elektromagnetska indukcija je pojava koju je 1831. otkrio britanski fizičar Michael Faraday (1791-1867), koji je otkrio da kada vremenski promjenjiv magnetski tok prolazi kroz zatvoreni provodni krug, u njemu se pojavljuje električna struja. Na ovom principu je podložan bilo koji generator.
U praksi se načelo elektromagnetske indukcije provodi na sljedeći način: električna struja nastaje u zatvorenom okviru (rotoru) kada se presijeca s rotirajućim magnetskim poljem, koje se formira ovisno o namjeni i dizajnu generatora stalnim magnetima ili posebnim uzbudnim namotima. Kada se okvir okreće, veličina magnetskog toka se mijenja. Što se brže okreće, to je veći izlazni napon.
Taj je efekt 1827. godine otkrio i upotrijebio u stvaranju izvornog modela generatora električne struje mađarski fizičar Agnos Istvan Jedlik (1800-1895). No, smatrajući ga slavnim, znanstvenik nije patentirao svoje otkriće i najavio stvaranje prvog dinamoma tek 1850. godine.
Za uklanjanje električne struje, okvir je opremljen sa sakupljačem struje, što ga pretvara u zatvorenu petlju i omogućuje stalni kontakt rotirajućeg okvira s nepomičnim elementima generatora. Četke sa oprugom pritiskaju se na prstenaste kolektore i na taj se način električna struja dovodi do izlaznih terminala generatora.
Zakretajući se, polovine okvira prolaze uzastopno u blizini stupova magneta. U tom se slučaju događa ciklička promjena smjera kretanja nastajuće struje - na svakom polu struja se kreće u jednom smjeru.
Ovisno o dizajnu kolektora, generator može stvarati i izravnu i izmjeničnu struju.
- U istosmjernim generatorima za svaku polovicu namotaja u čvorištu kolektora postoje izolirani prstenovi jedan od drugog. Zbog činjenice da ovi polusukovi neprestano mijenjaju četke, struja ne mijenja smjer, već jednostavno pulsira.
- U alternatorima su krajevi okvira vezani za klizajuće prstenove i ova se cijela struktura okreće oko svoje osi. Pri rotiranju okvira četke, od kojih je svaka u neposrednoj blizini svog prstena, pružaju pouzdan provodnik dolje. U tom se slučaju ne događa ciklički položaj četkica.
Rotirajući dio generatora naziva se rotor, a nepomični dio se naziva stator.
Princip rada generatora izmjeničnih i istosmjernih struja je identičan. Oni se međusobno razlikuju u dizajnu kliznih prstenova smještenih na rotirajućem rotoru i konfiguraciji namotaja.
U generatorima izmjeničnih struja često se koristi originalno tehničko rješenje koje se temelji na činjenici da se EMF pojavljuje u vodiču ne samo kad se okreće u magnetskom polju, već i u slučaju kada se magnetsko polje okreće u odnosu na stacionarni vodič.
Ovaj efekt široko koriste programeri koji na rotirajući rotor postavljaju električne ili trajne magnete. U tom se slučaju napon uklanja iz stacionarno montiranog namota, što omogućuje da se riješe složenih dizajna kolektora.
AC generatori
Proizvodi se ogroman broj najrazličitijih izmjeničnih generatora. Mogu se klasificirati po slijedećim parametrima:
- konstruktivan dizajn;
- metoda uzbude;
- broj faza.
Načinom pobude za potrošača mogu se pronaći agregati:
- s neovisnim pobuđenjima - namotaj pobude opskrbljuje se direktnom strujom iz neovisnog izvora napajanja;
- sa samopobuđivanjem - ispravljačka struja iz samog generatora dovodi se u namotaj pobude;
- s uzbuđenjem od trajnih magneta - nema namotaja uzbude;
- uzbuđenjem od patogena - istosmjerni generator male snage, "sjedi" na istoj osovini s posluženim generatorom.
Prema broju faza, električni generatori su:
- jednofazna;
- dvofazni;
- tri faze.
U praksi se najčešće nalaze trofazni alternatori. To je zbog brojnih prednosti karakterističnih za ovu vrstu agregata:
- postizanje ekonomskog učinka u razvoju dalekometnih prijenosnih sustava - smanjenje potrošnje materijala transformatorskih uređaja i strujnih žica; To doprinosi prisutnosti kružnog magnetskog polja;
- povećani operativni resurs, koji osigurava ravnotežu sustava;
- istodobna uporaba linearnog i faznog napona.
Strukturno, trofazni električni generator ima tri neovisna namota smještena u statoru oko oboda sa pomakom od 120 ° u odnosu na jedan drugi. Pored toga, svaki je namot jednofazni generator, koji može dovoditi naizmjenični napon na potrošača R. Takav se jedan namota naziva "faza". Fazni namoti mogu se međusobno povezati "trokutom" ili "zvijezdom".
Postoje i druge sheme povezivanja namotaja, na primjer, šesterožilni Teslin sustav ili veza Slavyanka (kombinacija šest namota u obliku jedne "zvijezde" i jednog "trokuta"), ali se nisu široko koristile.
Ulogu okvira u uređajima koji stvaraju naizmjeničnu struju igra elektromagnet, koji rotirajući pomiče EMF varijable inducirane u namotima za trećinu ciklusa u odnosu jedan na drugog.
Među mnogim alternatorima postoje dvije glavne vrste njihovog dizajna: sinkroni i asinhroni. Nedavno, s obzirom na veliki broj složenih elektroničkih uređaja kojima upravljaju mikroprocesori, pojavila se nova vrsta električnog generatora - inverter.
Sinkroni generatori napajanja
Sinkroni alternator sastoji se od dva dijela - pomičnog rotora i fiksnog statora.
Kada se rotor okreće, a to je elektromagnet s jezgrom i uzbudnim namotom, povezan s vanjskim izvorom napajanja pomoću mehanizma četkom, u namotu statora inducira se EMF koji se dovodi do izlaznih terminala generatora. Ovaj dizajn eliminira potrebu za kliznim kontaktima, što uvelike pojednostavljuje dizajn jedinice. U početku se magnetski tok pobudi iz treće strane uzbudnika postavljenog na zajedničku osovinu i spojenog na sustav pomoću spojnice.
U sinkronim generatorima male snage, terenski namot pokreće ispravljena struja. U ovom slučaju, električni krug nastaje zbog aktiviranja transformatora uključenih u krug opterećenja. Uključen je i poluvodički ispravljač. Glavni električni krug uključuje:
- terensko navijanje;
- podešavanje reostata.
Glavna značajka sinkronog generatora je da je frekvencija generirane električne struje proporcionalna brzini rotora.
Asinhroni generatori napajanja
Asinkroni alternator razlikuje se od sinkronog po tome što nema krute veze između brzina rotora i induciranog emf. Razlika između ovih parametara naziva se "proklizavanje". Između rotora i statora asinhronog generatora postoji zračni jaz. Istodobno, moment kočenja koji nastaje kada je opterećenje spojeno i sprječava rotaciju rotora utječe na frekvenciju generiranog EMF-a. Stoga se električna energija u asinhronim generatorima stvara povećanom brzinom rotora.
Dizajn asinhronih generatora je jednostavan, ali ima najgore tehničke karakteristike u usporedbi sa sinkronim jedinicama - pogreška u frekvenciji može doseći 4%, a u naponu do 10%. Uz to su asinhroni generatori kritični za ulaznu struju. Stoga se preporučuje njihovo upravljanje zajedno sa stabilizatorima, a u nekim slučajevima, na primjer, za nesmetan start elektromotora, možda će biti potreban pretvarač frekvencije.
Inverterski generatori
Inverterski generator je konvencionalni asinkroni generator, na čijim se izlazima ugrađuje dodatni stabilizator izlaznih parametara.
Djeluje na sljedeći način: napon generiran asinhronim generatorom odlazi u pretvarač, gdje se prvo ispravlja, a zatim nastaju impulsi zadane frekvencije i radnog ciklusa iz rezultirajućeg istosmjernog napona. Na izlazu uređaja ti se impulsi pretvaraju u sinusoidni napon s gotovo idealnim tehničkim karakteristikama.
Pogon alternatora
U domaćim uvjetima, rotor generatora pokreću motori s unutarnjim izgaranjem (ICE) koji rade na gorivima kao što su benzin ili dizelsko gorivo. Istodobno, radni vijek benzinskih agregata opremljenih ICE-ima za potiskivanje je oko 500 sati godišnje (ne više od 4 sata dnevno); četverotaktni ICE dostiže 5000 sati godišnje.
Preporučljivo je koristiti benzinske električne generatore za kratke prekide napajanja i / ili za izlazak na selo.
Generatore koji rade na dizelskom gorivu odlikuju velika snaga i mnogo izdržljiviji benzin. Među njima su modeli s zračnim i tekućim hlađenjem. Jedinice s zračnim hlađenjem preporučuju se za upotrebu na mjestima gdje se često isključuje struja.
Korištenje takvih kućanskih aparata krajnje je jednostavno - morate napuniti gorivo u spremniku, okrenuti ključ za pokretanje motora i spojiti teret. Njihova upravljačka ploča opremljena je svim potrebnim i intuitivnim natpisima i simbolima.
Tekućinski hlađeni dizel generatori su uređaji u potpuno drugoj kategoriji. Oni su u stanju raditi danima i koriste se uglavnom u poduzećima kao rezervni izvori energije.
Industrijski generatori dizajnirani da generiraju izmjeničnu struju i opskrbljuju je potrošačima na velikim udaljenostima pomoću visokonaponskih dalekovoda (dalekovoda) djeluju aktiviranjem hidrauličkih ili parnih turbina. U takvim je jedinicama mehanizam rotora spojen izravno na kotač turbine.
Turbinske generatore odlikuje velika snaga (do 100 000 kW) i sposobni su stvarati izmjeničnu struju s naponom do 16 kV. Duljina i promjer njihovog rotora mogu doseći 6,5, odnosno 15 metara, a brzina rotacije potonjeg je u rasponu od 1500 ... 3000 o / min.Ugradite takve jedinice u zasebne prostorije na posebno pripremljene betonske podloge.
Opcije i mogućnosti kućanskih električnih generatora
Za jednostavniju uporabu, proizvođači opremljavaju svoje proizvode nizom korisnih opcija, među kojima su:
- uređaj za automatski pokretanje jedinice za vrijeme nestanka struje;
- prisutnost ugrađenog RCD-a, isključivanje uređaja iz mreže tijekom probijanja izolacije i pojave struje curenja;
- upravljačke parametre i prikazuju ih na zaslonu;
- zaštita od preopterećenja
Kad se na električni generator priključi opterećenje, čija će vrijednost biti niža od nazivne, jedinica će početi trošiti dio tekućeg goriva za ništa, bez da u potpunosti iskoristi svoje mogućnosti.
Neće biti suvišno da u isporuci postavite posebno kućište za suzbijanje buke, povećani spremnik goriva, kućište koje štiti jedinicu od niskih temperatura itd.
Značajke instalacije
Potencijalni vlasnik alternatora mora biti preokupiran pripremom mjesta za ugradnju prije kupnje. Bez obzira gdje će se takva jedinica instalirati, u zatvorenom ili na otvorenom, trebat će joj ravna i čvrsta platforma. Instaliranje električnog generatora na neravnom mjestu dovest će do povećanja vibracija, što će ubrzati trošenje dijelova i može uzrokovati neuspjeh skupog uređaja.
Prilikom postavljanja generatora u sobi važno je osigurati prisutnost ispušne ventilacije. Osim toga, tijekom rada jedinice preporučuje se ostaviti vrata otvorena u sobi, što će zauzvrat zahtijevati postavljanje rešetke na vratima koja blokiraju vanjske ljude i, što je najvažnije djecu, pristup opasnoj zoni.
Električni generator priključen je na mrežnu mrežu u strogom skladu s uvjetima navedenim u uputama za uporabu. U tom slučaju električni kabel mora biti povezan nakon uvodnog stroja i brojila.
