Typer af elektriske generatorer og principperne for deres arbejde

En elektrisk generator er en maskine eller en installation, der er designet til at konvertere ikke-elektrisk energi til elektrisk energi: mekanisk energi til elektrisk energi, kemisk energi til elektrisk energi, varmeenergi til elektrisk energi osv. I dag, når vi bruger ordet "generator", mener vi en mekanisk konverter energi til elektrisk energi.

Det kan være en diesel- eller benzin-bærbar generator, en kernekraftværksgenerator, en bilgenerator, en hjemmelavet generator fra en asynkron elektrisk motor eller en lavhastighedsgenerator til en vindkraft med lav effekt. I slutningen af ​​artiklen vil vi tage et eksempel på de to mest almindelige generatorer, men først skal vi tale om, hvordan de fungerer.

På en eller anden måde fra fysisk synspunkt er driftsprincippet for hver af de mekaniske generatorer en og samme: elektromagnetisk induktionsfænomennår, når magnetfeltet krydser lederen, opstår induktionsemf i denne leder. Kilderne til den kraft, der fører til den gensidige bevægelse af lederen og magnetfeltet, kan være forskellige processer, men som et resultat skal emk og strøm altid opnås fra generatoren for at drive belastningen.

Princippet om drift af den elektriske generator - Faraday Law

Princippet om den elektriske generator blev opdaget allerede i 1831 af den engelske fysiker Michael Faraday. Senere blev dette princip kaldet Faradays lov. Det ligger i det faktum, at når lederen krydser vinkelret på magnetfeltet, sker der en potentialforskel ved enderne af denne leder.

Den første generator blev bygget af Faraday selv efter det princip, han opdagede, det var en “Faraday-disk” - en unipolær generator, hvor en kobberskive roterede mellem polerne i en hesteskoformet magnet. Enheden producerede betydelig strøm med en lille spænding.

Det blev senere fundet, at individuelle isolerede ledere i generatorer er meget mere effektive fra et praktisk synspunkt end en solid ledende disk. Og i moderne generatorer er det nu statortrådviklingerne, der bruges (i det enkleste tilfælde en trådspole).

Generator

Langt de fleste moderne generatorer er synkrone alternatorer. De har et anker, der vikles på statoren, hvorfra den genererede elektriske energi ledes. En excitationsvikling er placeret på rotoren, hvortil der tilføres en konstant strøm gennem et par kontaktringer for at opnå et roterende magnetfelt fra en roterende rotor.

På grund af fænomenet elektromagnetisk induktion, når rotoren roterer fra et eksternt drev (for eksempel fra en forbrændingsmotor), skærer dens magnetiske flux hver fase af statoren, der vikles efter tur, og inducerer således en emk i dem.

Oftest er der tre faser, de forskydes fysisk ved anker i forhold til hinanden med 120 grader, så der opnås en sinusformet trefasestrøm. Faser kan forbindes i et "stjerne" eller "trekant" mønster for at opnå standard netspænding.

Frekvensen af ​​sinusformet EMF f er proportional med rotorhastigheden: f = np / 60, hvor - p er antallet af par af magnetiske plusser af rotoren, n er antallet af omdrejninger af rotoren pr. Minut. Typisk er den maksimale rotorhastighed 3000 o / min. Hvis du slutter en trefaset ensretter til statorviklingerne på en sådan synkrongenerator, får du en jævnstrømsgenerator (dette er for øvrig alle bilgeneratorer fungerer).

Tre-maskines synkron generator

Naturligvis har den klassiske synkrone generator et alvorligt minus - på rotoren er der kontaktringe og børster ved siden af ​​dem. Børster gnister og slides på grund af friktion og elektrisk erosion. I en eksplosiv atmosfære er dette ikke tilladt. Derfor er luftfart og i dieselgeneratorer kontaktløse synkrone generatorer, især tre-maskine, mere almindelige.

Tre maskiner har tre maskiner i ét hus: en præcitator, en exciter og en generator på en fælles aksel. For-excitereren er en synkron generator, den er ophidset fra permanente magneter på skaftet, den spænding, den genererer, leveres til statorviklingen af ​​exciter.

Patogenens stator virker på viklingen på rotoren, der er forbundet til en trefaset ensretter, der er fastgjort til den, hvorfra hovedcitationsviklingen af ​​generatoren føres. Generatoren genererer strøm i sin stator.

Bærbare generatorer til gas, diesel og benzin

I dag meget almindeligt i husholdninger diesel, gas og benzin generatorerder bruger ICE som en forbrændingsmotor - en forbrændingsmotor, der overfører mekanisk rotation til generatorrotoren.

Generatorer med flydende brændstof har brændstoftanke til gasgeneratorer - det er nødvendigt at tilføre brændstof gennem rørledningen, så gasen derefter føres ind i karburatoren, hvor den bliver til en integreret del af brændstofblandingen.

I alle tilfælde forbrændes brændstofblandingen i stempelsystemet, hvilket får krumtapakslen til at rotere. Dette ligner en bilmotor. Krumtapaksen roterer rotoren fra en kontaktløs synkron generator (vekselstrømsgenerator).

De bedste invertergeneratorer til hjemmekraftværker har et indbygget batteri for at kompensere for forskelle og et dobbelt konverteringssystem, i sådanne enheder er vekselspændingen mere stabil.

Bilgeneratorer

Et andet eksempel på en vekselstrømsgenerator - den mest almindelige type generator i verden - bilgenerator. Denne generator indeholder traditionelt en excitationsvikling med slipringe på rotoren og en trefaset statorvikling med en ensretter.

Den indbyggede elektroniske regulator holder spændingen inden for det acceptable interval for et bilbatteri. En bilgenerator er en højhastighedsgenerator, dens hastigheder kan nå 9000 pr. Minut.

Selv om strømmen oprindeligt opnås skiftevis (rotorens polspidser skiftevis og i forskellig polaritet krydser de tre faser i statoren, der vikles med deres magnetiske fluxer), korrigeres den med dioder og bliver til en konstant fase, der er egnet til opladning af batteriet.

Usædvanligt design af elektriske generatorer:

Gratis energi generatorer

Robert Alexander's supereffektive motorgenerator

Marx-generator (impulsspændingsgenerator)

Peltier termomogenerator

Nanogeneratorer til miniature elektroniske enheder