En elektrisk strømgenerator er en enhet designet for å konvertere ikke-elektriske energityper (kjemisk, mekanisk, termisk) til elektrisk energi. Dessuten er designen basert på bruken av prinsippet om elektromagnetisk induksjon.
Prinsippet om drift og enheten til den enkleste dynamo
Elektromagnetisk induksjon er et fenomen som ble oppdaget i 1831 av den britiske fysikeren Michael Faraday (1791-1867), som oppdaget at når en tidsvarierende magnetisk strøm strømmer gjennom en lukket ledende krets, oppstår det en elektrisk strøm i sistnevnte. Det er dette prinsippet som ligger til grunn for enhver generator.
I praksis implementeres prinsippet om elektromagnetisk induksjon som følger: en elektrisk strøm oppstår i en lukket ramme (rotor) når den krysser et roterende magnetfelt, dannet avhengig av generatorens formål og utforming av permanente magneter eller spesielle eksitasjonsviklinger. Når rammen roterer, endres magnetfluksens størrelse. Jo raskere den roterer, jo høyere er utgangsspenningen.
I 1827 ble denne effekten oppdaget og brukt til å lage den opprinnelige modellen til en elektrisk strømgenerator av den ungarske fysikeren Agnos Istvan Jedlik (1800-1895). Med tanke på det som kjent, patenterte imidlertid ikke forskeren hans oppdagelse, og kunngjorde opprettelsen av den første dynamoen først i 1850.
For å fjerne elektrisk strøm er rammen utstyrt med en strømkollektor, som gjør den til en lukket sløyfe og gir konstant kontakt av den roterende rammen med stasjonære elementer i generatoren. Fjærbelastede børster presses mot samlerringene og dermed tilføres den elektriske strømmen til utgangsterminalene til generatoren.
Roterende passerer halvdelene av rammen sekvensielt nær magnetene. I dette tilfellet oppstår en syklisk endring i bevegelsesretningen til den nye strømmen - ved hver pol beveger strømmen seg i en retning.
Avhengig av konstruksjonen til kollektoren, kan generatoren generere både likestrøm og vekselstrøm.
- I likestrømsgeneratorer, for hver halvdel av viklingen i samlernoden, er det isolerte ringer fra hverandre. På grunn av det faktum at disse halvringene stadig skifter børster, endrer ikke strømmen retning, men pulserer ganske enkelt.
- I vekselstrømmer er endene av rammen bundet til gliringer, og hele strukturen roterer rundt aksen. Når du roterer rammen, gir børster, som hver er tett inntil sin ring, en pålitelig nedleder. I dette tilfellet forekommer ikke en syklisk endring i børstenes plassering.
Den roterende delen av generatoren kalles rotoren, og den stasjonære delen kalles statoren.
Prinsippet om drift av vekselstrøm og likestrømsgeneratorer er identisk. De skiller seg imellom i utformingen av gliringer plassert på en roterende rotor og konfigurasjonen av viklingene.
I vekselstrømgeneratorer brukes ofte en original teknisk løsning, basert på det faktum at EMF vises i lederen ikke bare når den roterer i et magnetfelt, men også i tilfelle når selve magnetfeltet roterer i forhold til en stasjonær leder.
Denne effekten er mye brukt av utviklere som plasserer elektriske eller permanente magneter på en roterende rotor. I dette tilfellet fjernes spenningen fra den stasjonære monterte viklingen, noe som gjør det mulig å bli kvitt den komplekse utformingen av samlerknuter.
AC-generatorer
Et stort antall av de mest forskjellige AC-generatorene produseres. De kan klassifiseres etter følgende parametere:
- konstruktiv design;
- eksitasjonsmetode;
- antall faser.
Ved hjelp av eksitasjonsmetoden til forbrukeren kan aggregater bli funnet:
- med uavhengig eksitasjon - eksitasjonsviklingen forsynes med likestrøm fra en uavhengig kraftkilde;
- med selveksitasjon - en ensrettet strøm fra selve generatoren blir levert til eksitasjonsviklingen;
- med eksitasjon fra permanente magneter - ingen eksitasjonsvikling;
- med eksitasjon fra patogenet - en likestrøms-likestrømsgenerator, "sitter" på samme skaft med den serverte generatoren.
Etter antall faser er elektriske generatorer:
- enkel fase;
- to-fase;
- trefase.
I praksis er det ofte funnet trefase-vekselstrømsgeneratorer. Dette skyldes en rekke fordeler som er karakteristiske for denne typen aggregater:
- oppnå en økonomisk effekt i utviklingen av overføringssystemer for lang avstand - redusere materialforbruket til transformatorenheter og strømledninger; Dette bidrar til tilstedeværelsen av et sirkulært magnetfelt;
- økt driftsressurs, som sikrer balansen i systemet;
- samtidig bruk av lineær og fasespenning.
Strukturelt sett har en trefaset elektrisk generator tre uavhengige viklinger plassert i statoren rundt omkretsen med en forskyvning på 120 ° i forhold til hverandre. I tillegg er hver vikling en enfasegenerator som er i stand til å tilføre vekslende spenning til forbrukeren R. En slik enkelt vikling kalles "fasen". Faseviklinger kan kobles sammen med en "trekant" eller "stjerne".
Det er andre ordninger for tilkobling av viklingene, for eksempel det sekstrålede Tesla-systemet eller Slavyanka-forbindelsen (en kombinasjon av seks viklinger i form av en "stjerne" og en "trekant"), men de ble ikke brukt mye.
Rammens rolle i enheter som genererer vekselstrøm spilles av en elektromagnet, som, roterende, forskyver EMF-variablene indusert i viklingene med en tredjedel av en syklus i forhold til hverandre.
Blant de mange alternatorene er det to hovedtyper av designen deres: synkron og asynkron. Nylig, gitt det store antallet komplekse elektroniske enheter kontrollert av mikroprosessorer, har en ny type elektrisk generator dukket opp - inverter.
Synkrone strømgeneratorer
En synkron dynamo består av to deler - en bevegelig rotor og en fast stator.
Når rotoren roterer, som er en elektromagnet med en kjerne og en eksitasjonsvikling, koblet til en ekstern kraftkilde ved bruk av en børstemekanisme, induseres en EMF i statorviklingen, som føres til generatorens utgangsklemmer. Denne designen eliminerer behovet for glidekontakter, noe som i stor grad forenkler utformingen av enheten. Til å begynne med blir magnetfluksen begeistret fra en tredjeparts eksiterer montert på en felles aksel og koblet til systemet ved hjelp av en kobling.
I synkrongeneratorer med lav effekt er feltviklingen drevet av en utbedret strøm. I dette tilfellet blir den elektriske kretsen dannet på grunn av aktivering av transformatorer inkludert i lastkretsen. En halvleder likeretter er også inkludert. Den viktigste elektriske kretsen inkluderer:
- feltvikling;
- justering av reostat.
Hovedtrekket ved den synkrone generatoren er at frekvensen av den genererte elektriske strømmen er proporsjonal med rotorhastigheten.
Asynkrone strømgeneratorer
En asynkron dynamo skiller seg fra en synkron en i fravær av en stiv forbindelse mellom rotorhastighetene og den induserte emk. Forskjellen mellom disse parameterne kalles "slip". Det er en luftspalte mellom rotoren og statoren til den asynkrone generatoren. Samtidig påvirker bremsemomentet som oppstår når lasten er tilkoblet og forhindrer rotasjon av rotoren frekvensen til den genererte EMF. Derfor genereres strøm i asynkrone generatorer med økt rotorhastighet.
Utformingen av asynkrone generatorer er enkel, men den har de verste tekniske egenskapene sammenlignet med synkrone enheter - frekvensfeilen kan nå 4%, og i spenning opp til 10%. I tillegg er asynkrone generatorer avgjørende for inngangsstrømmen. Derfor anbefales det å betjene dem sammen med stabilisatorer, og i noen tilfeller, for eksempel for en jevn start av den elektriske motoren, kan det være behov for en frekvensomformer.
Invertergeneratorer
En invertergenerator er en konvensjonell asynkron generator, ved hvilken utgangen en ekstra stabilisator av utgangsparametere er installert.
Det fungerer som følger: spenningen som genereres av en asynkron generator går til omformeren, hvor den først blir utbedret, og deretter dannes pulser av en gitt frekvens og driftssyklus fra den resulterende likespenningen. Ved utgangen fra enheten konverteres disse pulser til en sinusformet spenning med nesten perfekte tekniske egenskaper.
Generatorstasjon
Under hjemlige forhold drives generatorrotoren av forbrenningsmotorer (ICE) som opererer på drivstoff som bensin eller diesel. Samtidig er levetiden for bensingeneratorer utstyrt med push-pull ICE-er omtrent 500 timer per år (ikke mer enn 4 timer per dag); firetakters ICE når 5000 timer per år.
Det anbefales å bruke bensinelektriske generatorer for korte strømbrudd og / eller for å dra ut i naturen.
Generatorer som kjører på diesel er preget av høy effekt og mye mer holdbar bensin. Blant dem er det modeller med luft og væskekjøling. Luftkjølte enheter anbefales til bruk på steder der strøm ofte er slått av i lang tid.
Det er ekstremt enkelt å bruke slike husholdningsapparater - du må fylle drivstoffet i tanken, vri nøkkelen for å starte motoren og koble belastningen. Kontrollpanelet deres er utstyrt med alle nødvendige og intuitive inskripsjoner og symboler.
Væskekjølte dieselgeneratorer er enheter i en helt annen kategori. De er i stand til å jobbe i flere dager og brukes hovedsakelig i bedrifter som sikkerhetskopieringskraft.
Industrielle generatorer designet for å generere vekselstrøm og levere den til forbrukere over lange avstander ved bruk av høyspenningsledninger (transmisjonslinjer), ved å aktivere hydrauliske eller dampturbiner. I slike enheter er rotormekanismen koblet direkte til turbinhjulet.
Turbingeneratorer er preget av høy effekt (opptil 100 000 kW) og er i stand til å generere vekselstrøm med spenning opptil 16 kV. Lengden og diameteren på deres rotor kan nå henholdsvis 6,5 og 15 meter, og rotasjonshastigheten til sistnevnte ligger i området 1500 ... 3000 o / min.Installer slike enheter i separate rom på spesiallagde betongunderlag.
Alternativer og muligheter til elektriske husholdningsgeneratorer
For enkel bruk utstyrer produsentene produktene sine med en rekke nyttige alternativer, blant annet:
- enhet for automatisk start av enheten under strømbrudd;
- tilstedeværelsen av en innebygd RCD, koble enheten fra strømnettet under isolasjonsbrudd og utseendet til en lekkasjestrøm;
- kontrollparametere og vis dem på displayet;
- overbelastningsbeskyttelse.
Når en last er koblet til en elektrisk generator, hvis verdi vil være lavere enn den nominelle, vil enheten begynne å "spise opp" en del av det flytende drivstoffet for ingenting uten å utnytte dens evner fullt ut.
Det vil ikke være overflødig å ha en spesiell lyddempende foringsrør, en økt drivstofftank, et foringsrør som beskytter enheten mot eksponering for lav temperatur, etc.
Installasjonsfunksjoner
En potensiell eier av en dynamo må ta seg av forberedelsen av installasjonsstedet før du kjøper. Uansett hvor en slik enhet skal installeres, innendørs eller utendørs, vil den kreve en flat og solid plattform. Å installere en elektrisk generator på et ujevnt sted vil føre til en økning i vibrasjoner, noe som vil akselerere slitasje av deler og kan provosere svikt i en dyr enhet.
Når du installerer generatoren i et rom, er det viktig å sørge for tilstedeværelse av eksosventilasjon. I tillegg anbefales det å forlate romdøren åpen under drift av enheten, som igjen vil kreve montering av et rist i døren som blokkerer utenforstående, og viktigst av barn, fra å komme inn i faresonen.
Den elektriske generatoren er koblet til strømnettet i samsvar med kravene som er angitt i bruksanvisningen. I dette tilfellet må den elektriske kabelen kobles til etter introduksjonsmaskin og elektrisk måler.
