Penjana arus elektrik adalah peranti yang direka untuk menukar jenis tenaga bukan elektrik (kimia, mekanikal, termal) menjadi tenaga elektrik. Lebih-lebih lagi, reka bentuknya berdasarkan penggunaan prinsip induksi elektromagnetik.
Prinsip operasi dan peranti pengganti termudah
Induksi elektromagnetik adalah fenomena yang ditemui pada tahun 1831 oleh ahli fizik Britain, Michael Faraday (1791-1867), yang mendapati bahawa apabila fluks magnetik yang berubah-ubah masa melalui litar konduktif tertutup, arus elektrik akan muncul di kedua. Prinsip inilah yang mendasari mana-mana penjana.
Dalam praktiknya, prinsip induksi elektromagnetik dilaksanakan seperti berikut: arus elektrik timbul dalam bingkai tertutup (rotor) ketika bersilang dengan medan magnet berputar, terbentuk bergantung pada tujuan dan reka bentuk penjana oleh magnet kekal atau belitan eksitasi khas. Apabila bingkai berputar, magnitud fluks magnet berubah. Semakin cepat ia berpusing, semakin tinggi voltan keluaran.
Pada tahun 1827, kesan ini ditemui dan digunakan untuk membuat model asal penjana arus elektrik oleh ahli fizik Hungaria, Agnos Istvan Jedlik (1800-1895). Namun, memandangkan ia terkenal, saintis itu tidak mempatenkan penemuannya, dan mengumumkan penciptaan dinamo pertama hanya pada tahun 1850.
Untuk mengeluarkan arus elektrik, bingkai dilengkapi dengan pengumpul arus, yang mengubahnya menjadi gelung tertutup dan memberikan hubungan berterusan dari bingkai berputar dengan elemen pegun generator. Berus pegas pegas ditekan ke gelang pemungut dan dengan itu arus elektrik dibekalkan ke terminal output penjana.
Berputar, bahagian bingkai melintas secara berurutan di dekat kutub magnet. Dalam kes ini, perubahan siklik dalam arah pergerakan arus muncul berlaku - pada setiap tiang arus bergerak dalam satu arah.
Bergantung pada reka bentuk pemungut, penjana dapat menghasilkan arus terus dan bergantian.
- Dalam generator DC, untuk setiap separuh belitan di simpul pemungut, terdapat cincin terpencil antara satu sama lain. Kerana kenyataan bahawa cincin separuh ini selalu bertukar berus, arus tidak mengubah arahnya, tetapi hanya berdenyut.
- Sebagai alternatif, hujung bingkai diikat pada gelincir gelincir dan keseluruhan struktur ini berputar di sekitar paksinya. Semasa memutar bingkai, berus, masing-masing berdekatan dengan gelangnya, memberikan konduktor bawah yang boleh dipercayai. Dalam kes ini, perubahan kedudukan sikat pada siklik tidak berlaku.
Bahagian penjana berputar disebut pemutar, dan bahagian pegun disebut stator.
Prinsip operasi pembangkit arus ulang-alik dan arus searah adalah sama. Mereka berbeza antara lain dalam reka bentuk gelincir gelincir yang terletak pada rotor berputar dan konfigurasi belitan.
Dalam generator arus ulang-alik, penyelesaian teknikal asli sering digunakan, berdasarkan fakta bahawa EMF muncul di konduktor bukan sahaja ketika berputar di medan magnet, tetapi juga dalam keadaan ketika medan magnet itu sendiri berputar relatif terhadap konduktor pegun.
Kesan ini digunakan secara meluas oleh pemaju yang meletakkan magnet elektrik atau kekal pada rotor berputar. Dalam kes ini, voltan dikeluarkan dari belitan dipasang pegun, yang memungkinkan untuk menyingkirkan reka bentuk kompleks pengumpul yang kompleks.
Penjana AC
Sebilangan besar penjana AC yang paling pelbagai dihasilkan. Mereka boleh dikelaskan dengan parameter berikut:
- reka bentuk yang membina;
- kaedah pengujaan;
- bilangan fasa.
Dengan kaedah pengujaan kepada pengguna, agregat boleh didapati:
- dengan pengujaan bebas - penggulungan pengujaan dibekalkan dengan arus terus dari sumber kuasa bebas;
- dengan pengujaan diri - arus yang diperbaiki dari penjana itu sendiri dibekalkan ke penggulungan pengujaan;
- dengan pengujaan dari magnet kekal - tanpa penggulungan eksitasi;
- dengan pengujaan dari patogen - penjana DC berkuasa rendah, "duduk" pada batang yang sama dengan penjana yang dilayani.
Dengan bilangan fasa, penjana elektrik adalah:
- fasa tunggal;
- dua fasa;
- tiga fasa.
Dalam praktiknya, pengganti tiga fasa paling kerap dijumpai. Ini disebabkan oleh beberapa kelebihan yang terdapat pada jenis agregat ini:
- memperoleh kesan ekonomi dalam pembangunan sistem penghantaran kuasa jarak jauh - mengurangkan penggunaan bahan alat pengubah dan wayar kuasa; Ini menyumbang kepada kehadiran medan magnet bulat;
- peningkatan sumber operasi, yang memastikan keseimbangan sistem;
- penggunaan voltan linear dan fasa secara serentak.
Secara strukturnya, penjana elektrik tiga fasa mempunyai tiga belitan bebas yang terletak di stator di sekeliling lilitan dengan ofset 120 ° antara satu sama lain. Sebagai tambahan, setiap belitan adalah generator fasa tunggal, yang mampu membekalkan voltan bergantian kepada pengguna R. Penggulungan tunggal seperti itu disebut "fasa". Gulungan fasa dapat dihubungkan oleh "segitiga" atau "bintang".
Terdapat skema lain untuk menghubungkan belitan, misalnya, sistem Tesla enam wayar atau sambungan Slavyanka (gabungan enam belitan dalam bentuk satu "bintang" dan satu "segitiga"), tetapi tidak digunakan secara meluas.
Peranan bingkai dalam peranti yang menghasilkan arus bolak-balik dimainkan oleh elektromagnet, yang, berputar, mengalihkan pemboleh ubah EMF yang disebabkan oleh belitan oleh sepertiga kitaran yang saling berkaitan.
Di antara banyak alternatif, terdapat dua jenis reka bentuk utama: segerak dan tidak segerak. Baru-baru ini, memandangkan sebilangan besar alat elektronik kompleks yang dikendalikan oleh mikropemproses, sejenis penjana elektrik baru muncul - penyongsang.
Penjana Kuasa Segerak
Alternator segerak terdiri daripada dua bahagian - rotor bergerak dan stator tetap.
Apabila rotor diputar, yang merupakan elektromagnet dengan inti dan penggulungan eksitasi, disambungkan ke sumber kuasa luaran menggunakan mekanisme sikat, EMF diinduksi dalam belitan stator, yang diumpankan ke terminal output generator. Reka bentuk ini menghilangkan keperluan untuk melancarkan kenalan, yang sangat memudahkan reka bentuk unit. Pada mulanya, fluks magnet teruja dari alat pengujung pihak ketiga yang dipasang pada batang bersama dan disambungkan ke sistem menggunakan gandingan.
Dalam penjana segerak kuasa rendah, penggulungan medan dikuasakan oleh arus yang diperbaiki. Dalam kes ini, litar elektrik terbentuk kerana pengaktifan transformer yang termasuk dalam litar beban. Penyearah semikonduktor juga disertakan. Litar elektrik utama merangkumi:
- penggulungan lapangan;
- menyesuaikan rheostat.
Ciri utama penjana segerak ialah frekuensi arus elektrik yang dihasilkan berkadar dengan kelajuan pemutar.
Penjana Kuasa Asinkron
Alternator tak segerak berbeza dari yang segerak jika tidak ada hubungan yang kaku antara kelajuan pemutar dan emf yang diinduksi. Perbezaan antara parameter ini disebut "slip". Terdapat jurang udara antara pemutar dan stator penjana tak segerak. Pada masa yang sama, tork brek yang berlaku semasa beban dihubungkan dan mencegah putaran rotor mempengaruhi frekuensi EMF yang dihasilkan. Oleh itu, elektrik dalam penjana tak segerak dihasilkan pada kelajuan pemutar yang meningkat.
Reka bentuk penjana tak segerak adalah ringkas, tetapi mempunyai ciri teknikal terburuk berbanding dengan unit segerak - kesalahan dalam frekuensi boleh mencapai 4%, dan voltan hingga 10%. Sebagai tambahan, penjana tak segerak sangat penting untuk arus masuk. Oleh itu, disyorkan untuk mengoperasikannya bersama penstabil, dan dalam beberapa kes, misalnya, untuk permulaan motor elektrik yang lancar, penukar frekuensi mungkin diperlukan.
Penjana Inverter
Penjana penyongsang adalah penjana tak segerak konvensional, di mana output penstabil tambahan parameter output dipasang.
Ia berfungsi seperti berikut: voltan yang dihasilkan oleh penjana tak segerak menuju ke penyongsang, di mana ia pertama kali diperbaiki, dan kemudian denyutan frekuensi dan kitaran tugas tertentu terbentuk dari voltan DC yang dihasilkan. Pada output peranti, denyutan ini ditukar menjadi voltan sinusoidal dengan ciri teknikal yang hampir sempurna.
Pemacu Alternator
Dalam keadaan domestik, rotor penjana didorong oleh enjin pembakaran dalaman (ICE) yang beroperasi pada bahan bakar seperti petrol atau bahan bakar diesel. Pada masa yang sama, jangka hayat operasi generator petrol yang dilengkapi dengan push-pull ICE adalah sekitar 500 jam per tahun (tidak lebih dari 4 jam sehari); ICE empat lejang mencapai 5000 jam setahun.
Sebaiknya gunakan penjana elektrik petrol untuk pemadaman pendek dan / atau untuk keluar ke kawasan luar bandar.
Penjana yang menggunakan bahan api diesel dicirikan oleh tenaga tinggi dan petrol yang lebih tahan lama. Antaranya terdapat model dengan penyejukan udara dan cecair. Unit berpendingin udara disyorkan untuk digunakan di tempat di mana elektrik sering terputus dalam jangka masa yang lama.
Menggunakan peralatan rumah tangga seperti ini - anda perlu mengisi bahan bakar di dalam tangki, menghidupkan kunci untuk menghidupkan enjin dan menyambungkan beban. Panel kawalan mereka dilengkapi dengan semua prasasti dan simbol yang diperlukan dan intuitif.
Penjana diesel yang disejukkan dengan cecair adalah peranti dalam kategori yang sama sekali berbeza. Mereka dapat bekerja berhari-hari dan digunakan terutamanya di perusahaan sebagai sumber tenaga sandaran.
Penjana industri yang direka untuk menghasilkan arus bolak-balik dan membekalkannya kepada pengguna dari jarak jauh menggunakan talian kuasa voltan tinggi (saluran penghantaran) beroperasi dengan mengaktifkan turbin hidraulik atau wap. Dalam unit sedemikian, mekanisme pemutar disambungkan terus ke roda turbin.
Penjana turbin dicirikan oleh kuasa tinggi (sehingga 100,000 kW) dan mampu menghasilkan arus bolak dengan voltan hingga 16 kV. Panjang dan diameter rotornya masing-masing dapat mencapai 6,5 dan 15 meter, dan kelajuan putaran yang terakhir berada dalam lingkungan 1500 ... 3000 rpm.Pasang unit sedemikian di bilik berasingan pada substrat konkrit yang disediakan khas.
Pilihan dan kemampuan penjana elektrik isi rumah
Untuk kemudahan penggunaan, pengeluar melengkapkan produk mereka dengan sejumlah pilihan yang berguna, antaranya adalah:
- peranti untuk memulakan unit secara automatik semasa pemadaman elektrik;
- kehadiran RCD bawaan, memutuskan sambungan peranti dari sumber semasa kerosakan penebat dan kemunculan arus kebocoran;
- parameter kawalan dan paparkan pada paparan;
- perlindungan berlebihan.
Apabila beban disambungkan ke penjana elektrik, yang nilainya akan lebih rendah daripada yang dinilai, unit akan mula "memakan" sebahagian bahan bakar cair tanpa apa-apa, tanpa menggunakan sepenuhnya kemampuannya.
Tidak perlu berlebihan dalam set penyampaian selongsong penyenyap khas, tangki bahan bakar yang meningkat, selongsong melindungi unit dari suhu rendah, dll.
Ciri Pemasangan
Seorang pemilik alternatif yang berpotensi mesti menjaga penyediaan tapak pemasangan sebelum membeli. Tidak kira di mana unit tersebut akan dipasang, di dalam atau di luar rumah, ia memerlukan platform yang rata dan kukuh. Memasang penjana elektrik di laman yang tidak rata akan menyebabkan peningkatan getaran, yang akan mempercepat pemakaian alat ganti dan boleh menyebabkan kegagalan peranti yang mahal.
Semasa memasang penjana di dalam bilik, penting untuk memastikan adanya pengudaraan ekzos. Di samping itu, semasa operasi unit, disarankan untuk membiarkan pintu bilik terbuka, yang pada gilirannya akan memerlukan pemasangan kisi-kisi di pintu yang menghalang orang luar, dan yang paling penting kanak-kanak, dari memasuki zon bahaya.
Penjana elektrik disambungkan ke sumber elektrik dengan ketat sesuai dengan keperluan yang dinyatakan dalam arahan operasi. Dalam kes ini, kabel elektrik mesti disambungkan selepas mesin pengenalan dan meter elektrik.
