Een elektrische stroomgenerator is een apparaat dat is ontworpen om niet-elektrische soorten energie (chemisch, mechanisch, thermisch) om te zetten in elektrische energie. Bovendien is het ontwerp gebaseerd op het gebruik van het principe van elektromagnetische inductie.
Het werkingsprincipe en het apparaat van de eenvoudigste dynamo
Elektromagnetische inductie is een fenomeen dat in 1831 werd ontdekt door de Britse natuurkundige Michael Faraday (1791-1867), die ontdekte dat wanneer een in de tijd variërende magnetische flux door een gesloten geleidend circuit gaat, er in dat laatste een elektrische stroom ontstaat. Dit principe ligt ten grondslag aan elke generator.
In de praktijk wordt het principe van elektromagnetische inductie als volgt geïmplementeerd: een elektrische stroom ontstaat in een gesloten frame (rotor) wanneer het snijdt met een roterend magnetisch veld, gevormd afhankelijk van het doel en ontwerp van de generator door permanente magneten of speciale bekrachtigingswikkelingen. Wanneer het frame roteert, verandert de omvang van de magnetische flux. Hoe sneller het draait, hoe hoger de uitgangsspanning.
In 1827 werd dit effect ontdekt en gebruikt om het originele model van een elektrische stroomgenerator te creëren door de Hongaarse natuurkundige Agnos Istvan Jedlik (1800-1895). De wetenschapper vond het echter beroemd en patenteerde zijn ontdekking niet en kondigde pas in 1850 de oprichting van de eerste dynamo aan.
Om elektrische stroom te verwijderen, is het frame uitgerust met een stroomcollector, die het in een gesloten lus verandert en constant contact maakt met het roterende frame met stationaire elementen van de generator. Veerbelaste borstels worden tegen de collectorringen gedrukt en zo wordt de elektrische stroom geleverd aan de uitgangsklemmen van de generator.
Roterend, passeren de helften van het frame opeenvolgend dichtbij de polen van de magneet. In dit geval treedt een cyclische verandering in de bewegingsrichting van de opkomende stroom op - bij elke pool beweegt de stroom in één richting.
Afhankelijk van het ontwerp van de collector kan de generator zowel gelijkstroom als wisselstroom genereren.
- In DC-generatoren zijn er voor elke helft van de wikkeling in het collectorknooppunt geïsoleerde ringen van elkaar. Omdat deze halve ringen constant van borstels veranderen, verandert de stroom niet van richting, maar pulseert hij gewoon.
- Bij alternatoren zijn de uiteinden van het frame vastgemaakt aan sleepringen en draait deze hele structuur om zijn as. Bij het draaien van het frame zorgen borstels, die elk dicht bij de ring liggen, voor een betrouwbare neerwaartse geleider. In dit geval vindt er geen cyclische positieverandering van de borstels plaats.
Het roterende deel van de generator wordt de rotor genoemd en het stationaire deel wordt de stator genoemd.
Het werkingsprincipe van wissel- en gelijkstroomgeneratoren is identiek. Ze verschillen onderling in het ontwerp van sleepringen op een roterende rotor en de configuratie van de wikkelingen.
Bij wisselstroomgeneratoren wordt vaak een originele technische oplossing gebruikt, gebaseerd op het feit dat de EMF niet alleen in de geleider verschijnt wanneer deze in een magnetisch veld roteert, maar ook in het geval dat het magnetische veld zelf roteert ten opzichte van een stationaire geleider.
Dit effect wordt veel gebruikt door ontwikkelaars die elektrische of permanente magneten op een roterende rotor plaatsen. In dit geval wordt de spanning verwijderd van de stationair gemonteerde wikkeling, waardoor het mogelijk wordt om de complexe ontwerpen van collectorsamenstellen te verwijderen.
AC-generatoren
Er worden een groot aantal van de meest uiteenlopende AC-generatoren geproduceerd. Ze kunnen worden geclassificeerd op basis van de volgende parameters:
- constructief ontwerp;
- opwindingsmethode;
- aantal fasen.
Door de excitatiemethode voor de consument kunnen aggregaten worden gevonden:
- met onafhankelijke bekrachtiging - de bekrachtigingswikkeling wordt gevoed met gelijkstroom van een onafhankelijke stroombron;
- met zelfexcitatie - een gelijkgerichte stroom van de generator zelf wordt geleverd aan de excitatiewikkeling;
- met bekrachtiging door permanente magneten - geen bekrachtigingswikkeling;
- met excitatie van de ziekteverwekker - een DC-generator met laag vermogen, "zittend" op dezelfde as met de bediende generator.
Door het aantal fasen zijn elektrische generatoren:
- eenfase;
- tweefasig;
- drie fase.
In de praktijk worden driefasige alternatoren het vaakst gevonden. Dit komt door een aantal voordelen die kenmerkend zijn voor dit type aggregaten:
- het verkrijgen van een economisch effect bij de ontwikkeling van langeafstandstransmissiesystemen - vermindering van het materiaalverbruik van transformatorinrichtingen en stroomdraden; Dit draagt bij aan de aanwezigheid van een cirkelvormig magnetisch veld;
- meer operationele middelen, wat zorgt voor de balans van het systeem;
- gelijktijdig gebruik van lineaire en fasespanning.
Structureel heeft een driefasige elektrische generator drie onafhankelijke wikkelingen in de stator rond de omtrek met een offset van 120 ° ten opzichte van elkaar. Bovendien is elke wikkeling een enkelfasige generator die wisselstroom kan leveren aan de verbruiker R. Een dergelijke enkele wikkeling wordt de "fase" genoemd. Fasewikkelingen kunnen onderling worden verbonden door een "driehoek" of "ster".
Er zijn andere schema's voor het verbinden van de wikkelingen, bijvoorbeeld het zesdraads Tesla-systeem of de Slavyanka-verbinding (een combinatie van zes wikkelingen in de vorm van één 'ster' en één 'driehoek'), maar deze werden niet veel gebruikt.
De rol van het frame in apparaten die wisselstroom genereren, wordt gespeeld door een elektromagneet, die door rotatie de EMV-variabelen die in de wikkelingen worden opgewekt, met een derde van een cyclus ten opzichte van elkaar verschuift.
Onder de vele alternatoren zijn er twee hoofdtypen van hun ontwerp: synchroon en asynchroon. Onlangs is er, gezien het grote aantal complexe elektronische apparaten dat wordt bestuurd door microprocessors, een nieuw type elektrische generator verschenen: inverter.
Synchrone stroomgeneratoren
Een synchrone dynamo bestaat uit twee delen: een beweegbare rotor en een vaste stator.
Wanneer de rotor draait, wat een elektromagneet is met een kern en een bekrachtigingswikkeling, verbonden met een externe stroombron met behulp van een borstelmechanisme, wordt een EMV geïnduceerd in de statorwikkeling, die naar de uitgangsterminals van de generator wordt gevoerd. Dit ontwerp elimineert de noodzaak van glijdende contacten, wat het ontwerp van de eenheid aanzienlijk vereenvoudigt. Aanvankelijk wordt de magnetische flux opgewekt door een externe bekrachtiger die op een gemeenschappelijke as is gemonteerd en via een koppeling op het systeem is aangesloten.
In synchrone generatoren met laag vermogen wordt de veldwikkeling gevoed door een gelijkgerichte stroom. In dit geval wordt het elektrische circuit gevormd door de activering van transformatoren die zijn opgenomen in het belastingscircuit. Een halfgeleidergelijkrichter is ook inbegrepen. Het belangrijkste elektrische circuit omvat:
- veldwikkeling;
- reostaat aanpassen.
Het belangrijkste kenmerk van de synchrone generator is dat de frequentie van de opgewekte elektrische stroom evenredig is met het rotortoerental.
Asynchrone stroomgeneratoren
Een asynchrone alternator onderscheidt zich van een synchrone door het ontbreken van een starre verbinding tussen de rotorsnelheden en de geïnduceerde emf. Het verschil tussen deze parameters wordt 'slip' genoemd. Er is een luchtspleet tussen de rotor en de stator van de asynchrone generator. Tegelijkertijd beïnvloedt het remkoppel dat optreedt wanneer de belasting is aangesloten en voorkomt dat de rotor draait, de frequentie van de gegenereerde EMV. Daarom wordt elektriciteit in asynchrone generatoren opgewekt met een verhoogd rotortoerental.
Het ontwerp van asynchrone generatoren is eenvoudig, maar het heeft de slechtste technische kenmerken in vergelijking met synchrone eenheden - de fout in frequentie kan 4% bereiken en in spanning tot 10%. Bovendien zijn asynchrone generatoren van cruciaal belang voor de inschakelstroom. Daarom wordt aanbevolen om ze samen met stabilisatoren te gebruiken en in sommige gevallen, bijvoorbeeld voor een soepele start van de elektromotor, kan een frequentieomvormer nodig zijn.
Inverter generatoren
Een invertergenerator is een conventionele asynchrone generator, aan de uitgang waarvan een extra stabilisator van uitgangsparameters is geïnstalleerd.
Het werkt als volgt: de spanning die door een asynchrone generator wordt gegenereerd, gaat naar de omvormer, waar deze eerst wordt gelijkgericht, en vervolgens worden pulsen met een bepaalde frequentie en inschakelduur gevormd uit de verkregen constante spanning. Aan de uitgang van het apparaat worden deze pulsen omgezet in een sinusvormige spanning met bijna perfecte technische kenmerken.
Dynamo-aandrijving
Onder huishoudelijke omstandigheden wordt de generatorrotor aangedreven door verbrandingsmotoren (ICE) die werken op brandstoffen zoals benzine of diesel. Tegelijkertijd is de levensduur van benzinegeneratoren uitgerust met push-pull ICE's ongeveer 500 uur per jaar (niet meer dan 4 uur per dag); viertakt ICE bereikt 5000 uur per jaar.
Het is raadzaam om benzine-elektrische generatoren te gebruiken voor korte stroomuitval en / of om het platteland op te gaan.
Generatoren die op diesel werken, worden gekenmerkt door een hoog vermogen en een veel duurzamere benzine. Onder hen zijn er modellen met lucht- en vloeistofkoeling. Luchtgekoelde units worden aanbevolen voor gebruik op plaatsen waar elektriciteit vaak lange tijd is uitgeschakeld.
Het gebruik van dergelijke huishoudelijke apparaten is uiterst eenvoudig - u moet de brandstof in de tank vullen, de sleutel omdraaien om de motor te starten en de lading aansluiten. Hun bedieningspaneel is uitgerust met alle noodzakelijke en intuïtieve opschriften en symbolen.
Vloeistofgekoelde dieselgeneratoren zijn apparaten in een heel andere categorie. Ze kunnen dagenlang werken en worden voornamelijk gebruikt in bedrijven als back-upstroombronnen.
Industriële generatoren die zijn ontworpen om wisselstroom te genereren en deze over lange afstanden aan consumenten te leveren met behulp van hoogspanningsleidingen (transmissielijnen) die werken door hydraulische of stoomturbines te activeren. Bij dergelijke eenheden is het rotormechanisme rechtstreeks verbonden met het turbinewiel.
Turbinegeneratoren worden gekenmerkt door een hoog vermogen (tot 100.000 kW) en kunnen wisselstroom genereren met een spanning tot 16 kV. De lengte en diameter van hun rotor kunnen respectievelijk 6,5 en 15 meter bereiken, en de rotatiesnelheid van de laatste ligt in het bereik van 1500 ... 3000 tpm.Installeer dergelijke units in aparte ruimtes op speciaal voorbereide betonnen substraten.
Opties en mogelijkheden van elektrische generatoren voor huishoudelijk gebruik
Voor het gebruiksgemak rusten fabrikanten hun producten uit met een aantal handige opties, waaronder:
- apparaat voor automatische start van het apparaat tijdens een stroomstoring;
- de aanwezigheid van een ingebouwde aardlekschakelaar, die het apparaat loskoppelt van het lichtnet tijdens het uitvallen van de isolatie en het optreden van een lekstroom;
- regelparameters en toon ze op het display;
- bescherming tegen overbelasting.
Wanneer een belasting is aangesloten op een elektrische generator, waarvan de waarde lager zal zijn dan de nominale, zal de eenheid voor een deel een deel van de vloeibare brandstof gaan "opeten", zonder volledig gebruik te maken van zijn mogelijkheden.
Het is niet overbodig om in de leveringsset een speciale geluiddempende omhulling, een verhoogde brandstoftank, een omhulling die de unit beschermt tegen blootstelling aan lage temperaturen te hebben, enz.
Installatiefuncties
Een potentiële eigenaar van een dynamo moet voor de aankoop zorgen voor de voorbereiding van de installatieplaats. Ongeacht waar een dergelijke unit wordt geïnstalleerd, binnen of buiten, er is een plat en stevig platform voor nodig. Het installeren van een elektrische generator op een oneffen locatie zal leiden tot verhoogde trillingen, wat de slijtage van onderdelen zal versnellen en het falen van een duur apparaat kan veroorzaken.
Bij het installeren van de generator in een kamer is het belangrijk om te zorgen voor de aanwezigheid van afzuigventilatie. Bovendien wordt tijdens de werking van de unit aanbevolen om de kamerdeur open te laten, wat op zijn beurt de installatie vereist van een rooster in de deuropening die buitenstaanders, en vooral kinderen, de toegang tot de gevarenzone verhindert.
De elektrische generator is aangesloten op het lichtnet in strikte overeenstemming met de vereisten uiteengezet in de bedieningsinstructies. In dit geval moet de elektrische kabel worden aangesloten na de inleidende machine en de elektrische meter.
