Generátor elektrického prúdu je zariadenie určené na premenu neelektrických druhov energie (chemickej, mechanickej, tepelnej) na elektrickú energiu. Jeho konštrukcia je navyše založená na použití princípu elektromagnetickej indukcie.
Princíp činnosti a zariadenie najjednoduchšieho alternátora
Elektromagnetická indukcia je jav, ktorý objavil v roku 1831 britský fyzik Michael Faraday (1791-1867), ktorý zistil, že keď časovo premenlivý magnetický tok prechádza uzavretým vodivým obvodom, vzniká v ňom elektrický prúd. Tento princíp je základom každého generátora.
V praxi je princíp elektromagnetickej indukcie implementovaný nasledovne: elektrický prúd vzniká v uzavretom ráme (rotore), keď sa pretína s rotujúcim magnetickým poľom, tvoreným podľa účelu a konštrukcie generátora permanentnými magnetmi alebo špeciálnymi budiacimi vinutiami. Keď sa rám otáča, veľkosť magnetického toku sa mení. Čím rýchlejšie sa otáča, tým vyššie je výstupné napätie.
V roku 1827 tento účinok objavil a použil na vytvorenie pôvodného modelu generátora elektrického prúdu maďarský fyzik Agnos Istvan Jedlik (1800 - 1895). Vedec to však považoval za slávny a jeho objav nebol patentovaný a prvé dynamo oznámil až v roku 1850.
Na odstránenie elektrického prúdu je rám vybavený kolektorom prúdu, ktorý ho premení na uzavretú slučku a zaisťuje stály kontakt rotujúceho rámu so stacionárnymi prvkami generátora. Pružinové kefy sú pritláčané proti kolektorovým krúžkom, a tak je elektrický prúd privádzaný na výstupné svorky generátora.
Polovica rámu sa otáča postupne v blízkosti pólov magnetu. V tomto prípade nastáva cyklická zmena v smere pohybu vznikajúceho prúdu - na každom póle sa prúd pohybuje jedným smerom.
V závislosti od konštrukcie kolektora môže generátor generovať jednosmerný aj striedavý prúd.
- V DC generátoroch sú pre každú polovicu vinutia v kolektorovom uzle navzájom izolované kruhy. Pretože tieto polkruhy neustále menia kefy, prúd nemení svoj smer, ale jednoducho pulzuje.
- V alternátoroch sú konce rámu spojené so zbernými krúžkami a celá táto štruktúra sa otáča okolo svojej osi. Pri otáčaní rámu poskytujú kefy, z ktorých každý tesne prilieha k svojmu krúžku, spoľahlivú spodnú časť vodiča. V tomto prípade nenastáva cyklická zmena polohy kefiek.
Rotujúca časť generátora sa nazýva rotor a stacionárna časť sa nazýva stator.
Princíp fungovania generátorov striedavého a jednosmerného prúdu je rovnaký. Líšia sa medzi sebou konštrukciou klzných krúžkov umiestnených na rotujúcom rotore a konfiguráciou vinutí.
V generátoroch so striedavým prúdom sa často používa originálne technické riešenie, založené na skutočnosti, že EMF sa objaví vo vodiči nielen vtedy, keď sa otáča v magnetickom poli, ale aj v prípade, keď sa samotné magnetické pole otáča v porovnaní so stacionárnym vodičom.
Tento efekt široko využívajú vývojári, ktorí kladú elektrické alebo permanentné magnety na rotujúci rotor. V tomto prípade je napätie odstránené zo stacionárneho vinutia, čo umožňuje zbaviť sa zložitých konštrukcií kolektorových zostáv.
Generátory striedavého prúdu
Vyrába sa obrovské množstvo najrôznejších generátorov striedavého prúdu. Môžu sa klasifikovať podľa nasledujúcich parametrov:
- konštruktívny dizajn;
- excitačná metóda;
- počet fáz.
Metódou vzrušenia pre spotrebiteľa možno nájsť agregáty:
- s nezávislým budením - budiace vinutie je napájané jednosmerným prúdom z nezávislého zdroja energie;
- so samočinným budením - do budiaceho vinutia sa privádza usmernený prúd zo samotného generátora;
- s budením z permanentných magnetov - bez budiaceho vinutia;
- s excitáciou z patogénu - nízkonapäťový jednosmerný generátor, ktorý „sedí“ na rovnakom hriadeli s podávaným generátorom.
Podľa počtu fáz sú elektrické generátory:
- jednofázový;
- dvojfázový;
- trojfázová.
V praxi sa najčastejšie nachádzajú trojfázové alternátory. Je to z dôvodu mnohých výhod charakteristických pre tento typ agregátov:
- dosiahnutie ekonomického účinku pri vývoji systémov prenosu energie na veľké vzdialenosti - zníženie spotreby materiálu transformačných zariadení a elektrických vodičov; To prispieva k prítomnosti kruhového magnetického poľa;
- zvýšené prevádzkové zdroje, ktoré zabezpečujú rovnováhu systému;
- súčasné použitie lineárneho a fázového napätia.
Konštrukčne má trojfázový elektrický generátor tri nezávislé vinutia umiestnené v statore okolo obvodu s vzájomným presadením 120 °. Okrem toho je každé vinutie jednofázový generátor, ktorý je schopný dodávať striedavé napätie spotrebiteľovi R. Takéto jedno vinutie sa nazýva „fáza“. Fázové vinutia môžu byť vzájomne prepojené pomocou „trojuholníka“ alebo „hviezdy“.
Existujú aj iné schémy na pripojenie vinutí, napríklad šesťvodičový Tesla systém alebo spojenie Slavyanka (kombinácia šiestich vinutí v tvare jednej „hviezdy“ a jedného „trojuholníka“), ale neboli často používané.
Úlohu rámca v zariadeniach generujúcich striedavý prúd hrá elektromagnet, ktorý otáčaním mení EMF premenné indukované vo vinutiach o jednu tretinu cyklu oproti sebe.
Medzi mnohými alternátormi existujú dva hlavné typy ich konštrukcie: synchrónne a asynchrónne. Vzhľadom na veľké množstvo komplexných elektronických zariadení riadených mikroprocesormi sa nedávno objavil nový typ elektrického generátora - invertor.
Synchrónne generátory energie
Synchrónny alternátor sa skladá z dvoch častí - pohyblivého rotora a pevného statora.
Keď sa rotor otáča, čo je elektromagnet s jadrom a budiacim vinutím, pripojený k externému zdroju energie pomocou kefového mechanizmu, v statorovom vinutí sa indukuje EMF, ktorý sa privádza na výstupné svorky generátora. Táto konštrukcia eliminuje potrebu posuvných kontaktov, čo značne zjednodušuje konštrukciu jednotky. Spočiatku je magnetický tok excitovaný z budiča tretej strany namontovaného na spoločnom hriadeli a spojený so systémom pomocou spojky.
V synchrónnych generátoroch s nízkym výkonom je vinutie poľa napájané usmerneným prúdom. V tomto prípade je elektrický obvod vytvorený v dôsledku aktivácie transformátorov zahrnutých v záťažovom obvode. Zahrnutý je aj polovodičový usmerňovač. Hlavný elektrický obvod obsahuje:
- poľné vinutie;
- nastavovací reostat.
Hlavným znakom synchrónneho generátora je to, že frekvencia generovaného elektrického prúdu je úmerná rýchlosti rotora.
Asynchrónne generátory energie
Asynchrónny alternátor sa líši od synchrónneho alternátora v neprítomnosti pevného spojenia medzi rýchlosťami rotora a indukovaným emf. Rozdiel medzi týmito parametrami sa nazýva „sklz“. Medzi rotorom a statorom asynchrónneho generátora je vzduchová medzera. Súčasne brzdný moment, ktorý nastane pri pripojení záťaže a zabraňuje rotácii rotora, ovplyvňuje frekvenciu generovaného EMF. Preto sa elektrina v asynchrónnych generátoroch vyrába pri zvýšenej rýchlosti rotora.
Konštrukcia asynchrónnych generátorov je jednoduchá, ale má najhoršie technické vlastnosti v porovnaní so synchrónnymi jednotkami - chyba vo frekvencii môže dosiahnuť 4% a pri napätí až 10%. Okrem toho sú asynchrónne generátory rozhodujúce pre nábehový prúd. Preto sa odporúča prevádzkovať ich spolu so stabilizátormi a v niektorých prípadoch, napríklad pre plynulý štart elektrického motora, môže byť potrebný frekvenčný menič.
Invertorové generátory
Invertorový generátor je konvenčný asynchrónny generátor, na ktorého výstupe je nainštalovaný ďalší stabilizátor výstupných parametrov.
Funguje to nasledovne: napätie generované asynchrónnym generátorom ide do meniča, kde je najskôr usmernené, a zo získaného konštantného napätia sú potom generované impulzy danej frekvencie a pracovného cyklu. Na výstupe zariadenia sa tieto impulzy prevádzajú na sínusové napätie s takmer dokonalými technickými charakteristikami.
Pohon alternátora
V domácich podmienkach je rotor generátora poháňaný spaľovacími motormi (ICE) pracujúcimi na palivách, ako sú benzín alebo nafta. Prevádzková životnosť benzínových generátorov vybavených push-pull ICE je súčasne asi 500 hodín ročne (nie viac ako 4 hodiny denne); štvortaktný ICE dosahuje 5 000 hodín ročne.
Odporúča sa používať benzínové elektrické generátory na krátke výpadky energie a / alebo na vychádzky do prírody.
Generátory poháňané naftou sa vyznačujú vysokým výkonom a odolnejším benzínom. Medzi nimi sú aj modely so vzduchovým a kvapalinovým chladením. Vzduchom chladené jednotky sa odporúčajú na použitie na miestach, kde je elektrina často vypnutá na dlhú dobu.
Používanie takýchto domácich spotrebičov je veľmi jednoduché - je potrebné doplniť palivo do nádrže, otočením kľúča naštartovať motor a pripojiť záťaž. Ich ovládací panel je vybavený všetkými potrebnými a intuitívnymi nápismi a symbolmi.
Kvapalinou chladené dieselové generátory sú zariadenia v úplne inej kategórii. Sú schopní pracovať celé dni a používajú sa hlavne v podnikoch ako záložné zdroje energie.
Priemyselné generátory určené na výrobu striedavého prúdu a na jeho dodávku spotrebiteľom na veľké vzdialenosti pomocou vysokonapäťových elektrických vedení (elektrické vedenia) pracujú pomocou aktivácie hydraulických alebo parných turbín. V takýchto jednotkách je rotorový mechanizmus spojený priamo s kolesom turbíny.
Turbínové generátory sa vyznačujú vysokým výkonom (do 100 000 kW) a sú schopné generovať striedavý prúd s napätím do 16 kV. Dĺžka a priemer ich rotora môžu dosiahnuť 6,5 a 15 metrov, pričom rýchlosť rotácie rotora je v rozsahu 1 500 až 3 000 ot / min.Takéto jednotky inštalujte v samostatných miestnostiach na špeciálne pripravené betónové podklady.
Možnosti a možnosti elektrických generátorov pre domácnosť
Výrobcovia pre ľahšie použitie vybavujú svoje výrobky množstvom užitočných možností, medzi ktoré patria:
- zariadenie na automatické spustenie jednotky počas výpadku prúdu;
- prítomnosť zabudovaného RCD, ktoré odpojí zariadenie od elektrickej siete počas poruchy izolácie a objaví sa zvodový prúd;
- kontrolujú parametre a zobrazujú ich na displeji;
- ochrana proti preťaženiu.
Ak je záťaž spojená s elektrickým generátorom, ktorého hodnota bude nižšia ako menovitá hodnota, jednotka začne „spotrebovávať“ časť tekutého paliva pre nič za nič, bez úplného využitia svojich možností.
Nebude zbytočné mať v dodávke nastavenú špeciálnu tlmiacu vložku, zväčšenú palivovú nádrž, kryt chrániaci jednotku pred vystavením nízkej teplote atď.
Funkcie inštalácie
Potenciálny vlastník alternátora sa musí pred nákupom postarať o prípravu miesta inštalácie. Bez ohľadu na to, kde bude takáto jednotka nainštalovaná, vo vnútri alebo vonku, bude vyžadovať rovnú a pevnú platformu. Inštalácia elektrického generátora na nerovnom mieste povedie k zvýšeniu vibrácií, čo urýchli opotrebenie častí a môže spôsobiť zlyhanie drahého zariadenia.
Pri inštalácii generátora v miestnosti je dôležité zabezpečiť výfukové vetranie. Okrem toho sa počas prevádzky jednotky odporúča nechať dvere miestnosti otvorené, čo si bude vyžadovať inštaláciu mriežky vo dverách, ktorá blokuje cudzincom a predovšetkým deťom prístup do nebezpečnej zóny.
Elektrický generátor je pripojený k elektrickej sieti v prísnom súlade s požiadavkami uvedenými v návode na obsluhu. V takom prípade musí byť elektrický kábel zapojený za úvodným strojom a elektromerom.
