Elektros srovės generatorius yra įtaisas, skirtas neelektrinėms energijos rūšims (cheminei, mechaninei, šilumai) paversti elektros energija. Be to, jo dizainas pagrįstas elektromagnetinės indukcijos principo naudojimu.
Paprasčiausio generatoriaus veikimo principas ir įtaisas
Elektromagnetinė indukcija yra reiškinys, kurį 1831 m. Atrado britų fizikas Michaelas Faradėjus (1791–1867), kuris atrado, kad kai kintantis laiko magnetinis srautas praeina per uždarą laidžią grandinę, pastarojoje atsiranda elektros srovė. Būtent šis principas grindžia bet kurį generatorių.
Praktiškai elektromagnetinės indukcijos principas įgyvendinamas taip: uždarame rėme (rotoriuje) elektros srovė atsiranda susikertant su besisukančiu magnetiniu lauku, suformuotu priklausomai nuo generatoriaus paskirties ir konstrukcijos nuolatiniais magnetais arba specialiomis sužadinimo apvijomis. Kai rėmelis sukasi, keičiasi magnetinio srauto dydis. Kuo greičiau jis sukasi, tuo didesnė išėjimo įtampa.
1827 m. Šį efektą atrado ir panaudojo originaliam elektros srovės generatoriaus modeliui sukurti vengrų fizikas Agnos Istvanas Jedlikas (1800–1895). Tačiau, laikydamas jį garsiu, mokslininkas nepatentavo savo atradimo, o apie pirmojo dinamo sukūrimą paskelbė tik 1850 m.
Elektros srovei pašalinti rėmas turi srovės rinktuvą, kuris paverčia jį uždara kilpa ir užtikrina nuolatinį besisukančio rėmo kontaktą su stacionariais generatoriaus elementais. Spyruokliniai šepetėliai prispaudžiami prie kolektoriaus žiedų ir tokiu būdu elektros srovė tiekiama į generatoriaus išvesties gnybtus.
Besisukdamos rėmo pusės eina iš eilės šalia magneto polių. Tokiu atveju įvyksta ciklinis kylančios srovės judėjimo krypties pokytis - kiekviename poliuje srovė juda viena kryptimi.
Priklausomai nuo kolektoriaus konstrukcijos, generatorius gali generuoti tiek nuolatinę, tiek kintamą srovę.
- Nuolatinės srovės generatoriuose kiekvienai apvijos pusei kolektoriaus mazge yra atskiri žiedai. Dėl to, kad šie pusės žiedai nuolat keičia šepečius, srovė nekeičia savo krypties, o tiesiog pulsuoja.
- Generatoriuose rėmo galai yra susieti su slydimo žiedais ir visa ši konstrukcija sukasi aplink savo ašį. Sukant rėmą, šepečiai, kiekvienas iš jų yra arti savo žiedo, suteikia patikimą žemyn esantį laidininką. Tokiu atveju ciklinis šepečių padėties pasikeitimas neįvyksta.
Besisukanti generatoriaus dalis vadinama rotoriu, o nejudanti dalis - statoriu.
Kintamosios ir nuolatinės srovės generatorių veikimo principas yra vienodas. Jie skiriasi slydimo žiedų, esančių ant besisukančio rotoriaus, konstrukcija ir apvijų konfigūracija.
Kintamosios srovės generatoriuose dažnai naudojamas originalus techninis sprendimas, pagrįstas tuo, kad EML laidininkuose atsiranda ne tik tada, kai jis sukasi magnetiniame lauke, bet ir tuo atveju, kai pats magnetinis laukas sukasi nejudančio laidininko atžvilgiu.
Šį efektą plačiai naudoja kūrėjai, kurie ant besisukančio rotoriaus deda elektrinius ar nuolatinius magnetus. Tokiu atveju iš stacionarios sumontuotos apvijos pašalinama įtampa, kuri leidžia atsikratyti sudėtingų kolektorių mazgų konstrukcijų.
Kintamosios srovės generatoriai
Gaminama daugybė pačių įvairiausių kintamosios srovės generatorių. Juos galima klasifikuoti pagal šiuos parametrus:
- konstruktyvus dizainas;
- sužadinimo metodas;
- fazių skaičius.
Pagal sužadinimo vartotojui metodą galima rasti suvestines:
- su nepriklausomu sužadinimu - žadinimo apvijai tiekiama nuolatinė srovė iš nepriklausomo energijos šaltinio;
- su savaiminiu sužadinimu - į sužadinimo apviją tiekiama ištaisyta srovė iš paties generatoriaus;
- su sužadinimu iš nuolatinių magnetų - be sužadinimo apvijos;
- su patogeno sužadinimu - mažos galios nuolatinės srovės generatorius, „sėdintis“ ant to paties veleno su patiektu generatoriumi.
Pagal fazių skaičių elektros generatoriai yra:
- vienfazis;
- dvifazis;
- trijų fazių.
Praktiškai dažniausiai randami trifaziai generatoriai. Taip yra dėl daugelio privalumų, būdingų šio tipo užpildams:
- gauti ekonominį efektą kuriant tolimojo nuotolio energijos perdavimo sistemas - sumažinant transformatorių įtaisų ir maitinimo laidų sunaudojamas medžiagas; Tai prisideda prie apskrito magnetinio lauko buvimo;
- padidintas eksploatacinis išteklius, užtikrinantis sistemos pusiausvyrą;
- vienu metu naudoti linijinę ir fazinę įtampą.
Trifazis elektros generatorius turi tris nepriklausomas apvijas, esančias statoriuje aplink apskritimo kraštą, esant 120 ° poslinkiui vienas kito atžvilgiu. Be to, kiekviena apvija yra vienfazis generatorius, galintis vartotojui R. tiekti kintamą įtampą. Tokia viena apvija vadinama „faze“. Fazines apvijas galima sujungti „trikampiu“ arba „žvaigžde“.
Yra ir kitos apvijų sujungimo schemos, pavyzdžiui, šešių laidų „Tesla“ sistema arba „Slavyanka“ jungtis (šešių apvijų derinys vienos „žvaigždės“ ir vieno „trikampio“ pavidalu), tačiau jos nebuvo plačiai naudojamos.
Rėmelio vaidmenį įtaisuose, generuojančiuose kintamąją srovę, vaidina elektromagnetas, kuris besisukdamas keičia EMF kintamuosius, kuriuos apvijose sukelia trečdalis ciklo, vienas kito atžvilgiu.
Tarp daugybės generatorių yra du pagrindiniai jų konstrukcijos tipai: sinchroninis ir asinchroninis. Neseniai, atsižvelgiant į daugybę sudėtingų elektroninių prietaisų, valdomų mikroprocesoriais, atsirado naujo tipo elektros generatorius - keitiklis.
Sinchroniniai elektros generatoriai
Sinchroninį kintamosios srovės generatorių sudaro dvi dalys - judantis rotorius ir fiksuotas statorius.
Kai rotorius sukasi, tai yra elektromagnetas su šerdimi ir sužadinimo apvija, sujungtas su išoriniu energijos šaltiniu, naudojant šepetėlio mechanizmą, statoriaus apvijoje indukuojamas EMF, kuris tiekiamas į generatoriaus išvesties gnybtus. Ši konstrukcija pašalina stumdomų kontaktų poreikį, o tai labai supaprastina įrenginio dizainą. Iš pradžių magnetinis srautas sužadinamas iš trečiųjų šalių sužadintuvo, sumontuoto ant bendro veleno ir prijungto prie sistemos naudojant movą.
Mažos galios sinchroniniuose generatoriuose lauko apvija maitinama ištaisyta srove. Tokiu atveju elektrinė grandinė susidaro dėl transformatorių, įtrauktų į apkrovos grandinę, aktyvavimo. Taip pat pridedamas puslaidininkinis lygintuvas. Pagrindinę elektros grandinę sudaro:
- lauko apvija;
- reguliuojantis reostatas.
Pagrindinis sinchroninio generatoriaus bruožas yra tas, kad generuojamos elektros srovės dažnis yra proporcingas rotoriaus greičiui.
Asinchroniniai elektros generatoriai
Asinchroninis kintamosios srovės generatorius skiriasi nuo sinchroninio, nes nėra tvirto ryšio tarp rotoriaus greičių ir sukeltos emf. Skirtumas tarp šių parametrų vadinamas „slydimu“. Tarp rotoriaus ir asinchroninio generatoriaus statoriaus yra oro tarpas. Tuo pačiu metu stabdymo momentas, atsirandantis prijungus apkrovą ir neleidžiantis rotoriui pasisukti, turi įtakos sukuriamo EML dažniui. Todėl elektra asinchroniniuose generatoriuose generuojama padidinus rotoriaus greitį.
Asinchroninių generatorių dizainas yra paprastas, tačiau jis turi blogiausias technines charakteristikas, palyginti su sinchroniniais blokais - dažnio paklaida gali siekti 4%, o įtampos - iki 10%. Be to, asinchroniniai generatoriai yra kritiški įjungimo srovei. Todėl rekomenduojama juos naudoti kartu su stabilizatoriais, o kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, norint sklandžiai pradėti variklį, gali prireikti dažnio keitiklio.
Inverterių generatoriai
Inverterio generatorius yra įprastas asinchroninis generatorius, kurio išvestyje yra sumontuotas papildomas išėjimo parametrų stabilizatorius.
Ji veikia taip: asinchroninio generatoriaus sukuriama įtampa eina į keitiklį, kur ji pirmiausia ištaisoma, o tada iš susidarančios nuolatinės įtampos suformuojami tam tikro dažnio ir darbo ciklo impulsai. Prietaiso išėjimo metu šie impulsai paverčiami sinusoidine įtampa, turinčia beveik puikias technines charakteristikas.
Kintamosios srovės generatoriaus pavara
Buitinėmis sąlygomis generatoriaus rotorius varomas vidaus degimo varikliais (ICE), naudojamais tokiais degalais kaip benzinas ar dyzelinas. Tuo pačiu metu benzino generatorių su įmontuotais stūmokliniais ICE eksploatavimo laikas yra apie 500 valandų per metus (ne daugiau kaip 4 valandas per dieną); keturių taktų ICE per metus pasiekia 5000 valandų.
Patartina naudoti benzino elektros generatorius trumpiems elektros energijos tiekimo nutraukimams ir (arba) išvykti į kaimą.
Dyzelinu varomi generatoriai pasižymi didele galia ir daug patvaresniu benzinu. Tarp jų yra modelių su oro ir skysčio aušinimu. Oru aušinamus įrenginius rekomenduojama naudoti tose vietose, kur elektra dažnai būna išjungiama ilgą laiką.
Naudoti tokius buitinius prietaisus yra labai paprasta - reikia įpilti degalų į baką, pasukti raktą, norint užvesti variklį ir sujungti krovinį. Jų valdymo skydelyje yra visi reikalingi ir intuityvūs užrašai bei simboliai.
Skystis aušinami dyzeliniai generatoriai yra visiškai skirtingos kategorijos prietaisai. Jie gali dirbti kelias dienas ir yra naudojami įmonėse kaip atsarginiai energijos šaltiniai.
Pramoniniai generatoriai, skirti generuoti kintamąją srovę ir ją tiekti vartotojams dideliais atstumais, naudojant aukštos įtampos elektros linijas (perdavimo linijas), veikia suaktyvindami hidraulines arba garų turbinas. Tokiuose agregatuose rotoriaus mechanizmas yra prijungtas tiesiai prie turbinos rato.
Turbinų generatoriai pasižymi didele galia (iki 100 000 kW) ir gali generuoti kintamąją srovę iki 16 kV įtampos. Jų rotoriaus ilgis ir skersmuo gali siekti atitinkamai 6,5 ir 15 metrų, o pastarojo sukimosi greitis yra 1500 ... 3000 aps / min.Tokius mazgus montuokite atskirose patalpose ant specialiai paruoštų betoninių pagrindų.
Buitinių elektros generatorių parinktys ir galimybės
Kad būtų patogiau naudoti, gamintojai pateikia savo gaminiams daugybę naudingų variantų, tarp jų:
- įtaisas automatiniam įrenginio paleidimui elektros energijos tiekimo nutraukimo metu;
- įmontuoto RCD buvimas, atjungiant įrenginį nuo elektros tinklo, kai nutrūksta izoliacija ir atsiranda nuotėkio srovė;
- valdyti parametrus ir juos rodyti ekrane;
- apsauga nuo perkrovos.
Kai prie elektros generatoriaus prijungiama apkrova, kurios vertė bus mažesnė už vardinę, įrenginys pradės „suvalgyti“ dalį skysto kuro veltui, visiškai neišnaudodamas savo galimybių.
Nebus nereikalinga, jei pristatymo komplekte yra specialus duslintuvo korpusas, padidintas degalų bakas, apvalkalas, apsaugantis įrenginį nuo žemos temperatūros ir kt.
Diegimo ypatybės
Galimas kintamosios srovės generatoriaus savininkas prieš pirkdamas turi pasirūpinti montavimo vietos paruošimu. Nepriklausomai nuo to, kur toks įrenginys bus sumontuotas, viduje ar lauke, jam reikės plokščios ir tvirtos platformos. Elektros generatoriaus įrengimas nelygioje vietoje padidins vibraciją, o tai paspartins dalių nusidėvėjimą ir gali išprovokuoti brangaus prietaiso gedimą.
Įrengdami generatorių kambaryje, svarbu pasirūpinti, kad būtų ištraukiamoji ventiliacija. Be to, eksploatuojant įrenginį, rekomenduojama palikti kambario duris atviras, o tai savo ruožtu reikės durelėse sumontuoti groteles, kurios blokuoja pašalinius asmenis, o svarbiausia - vaikus, kad jie nepatektų į pavojingą zoną.
Elektros generatorius yra prijungtas prie elektros tinklo, griežtai laikantis naudojimo instrukcijoje nustatytų reikalavimų. Tokiu atveju elektros kabelis turi būti prijungtas po įvadinės mašinos ir elektros skaitiklio.
