Elektros generatorių tipai ir jų darbo principai

Elektros generatorius yra mašina ar įrenginys, skirtas neelektrinei energijai paversti elektros energiją: mechaninei energijai į elektros energiją, cheminei energijai į elektros energiją, šiluminei energijai į elektros energiją ir tt Šiandien, iš esmės, kai mes vartojame žodį „generatorius“, turime omenyje mechaninį keitiklį. energija į elektros energiją.

Tai gali būti dyzelinis ar benzininis nešiojamasis generatorius, atominės elektrinės generatorius, automobilių generatorius, naminis generatorius iš asinchroninio elektros variklio arba mažo greičio generatorius mažos galios vėjo turbinai. Straipsnio pabaigoje kaip pavyzdį laikysime du dažniausiai pasitaikančius generatorius, tačiau pirmiausia pakalbėkime apie jų darbo principus.

Vienaip ar kitaip, fiziniu požiūriu kiekvieno mechaninio generatoriaus veikimo principas yra tas pats: elektromagnetinės indukcijos reiškinyskai linijoms kertant laidininko magnetinį lauką, šiame laidininke atsiranda indukcija EMF. Jėgos, lemiančios abipusį laidininko ir magnetinio lauko judėjimą, šaltiniai gali būti įvairūs procesai, tačiau dėl to emf ir srovė visada turi būti gaunama iš generatoriaus, kad būtų galima nukreipti apkrovą.

Elektros generatoriaus veikimo principas - Faradėjaus įstatymas

Elektros generatoriaus veikimo principą 1831 m. Atrado anglų fizikas Michaelas Faradėjus. Vėliau šis principas buvo vadinamas Faradėjaus įstatymu. Tai slypi tame, kad laidininkui kertant statmenai magnetiniam laukui, šio laidininko galuose atsiranda potencialo skirtumas.

Pirmąjį generatorių pagal paties atrastą principą pastatė pats Faradėjus, tai buvo „Faradėjaus diskas“ - vienpolis generatorius, kuriame vario diskas pasisuko tarp pasagos formos magneto polių. Įrenginys skleidė didelę srovę, turėdamas nedidelę įtampą.

Vėliau buvo nustatyta, kad atskiri izoliuoti laidininkai generatoriuose yra daug efektyvesni praktiniu požiūriu nei tvirtas laidus diskas. Šiuolaikiniuose generatoriuose dabar naudojamos statoriaus vielos apvijos (paprasčiausiu demonstravimo atveju - vielos ritė).

Kintamosios srovės generatorius

Didžioji dauguma šiuolaikinių generatorių yra sinchroniniai generatoriai. Jie turi inkaro apviją ant statoriaus, iš kurio nukreipiama pagaminta elektros energija. Rotoriuje yra sužadinimo apvija, į kurią per kontaktinių žiedų porą tiekiama pastovi srovė, kad iš besisukančio rotoriaus būtų gaunamas besisukantis magnetinis laukas.

Dėl elektromagnetinės indukcijos reiškinio, kai rotorius sukasi iš išorinės pavaros (pavyzdžiui, iš vidaus degimo variklio), jo magnetinis srautas paeiliui kerta kiekvieną statoriaus apvijos fazę ir tokiu būdu jose sukelia emf.

Dažniausiai yra trys fazės, jos fiziškai pasislenka inkaro atžvilgiu viena kitos atžvilgiu 120 laipsnių, taigi gaunama trifazė sinusoidinė srovė. Fazės gali būti sujungtos „žvaigždute“ arba „trikampiu“, kad gautumėte standartinė tinklo įtampa.

Sinusoidinio EMF dažnis f yra proporcingas rotoriaus greičiui: f = np / 60, kur - p yra rotoriaus magnetinių pliusų porų skaičius, n - rotoriaus apsisukimų skaičius per minutę. Paprastai didžiausias rotoriaus greitis yra 3000 aps / min. Jei prie tokio sinchroninio generatoriaus statoriaus apvijų prijungsite trifazį lygintuvą, gausite nuolatinės srovės generatorių (tai yra, beje, visi automobilių generatoriai).

Trijų mašinų sinchroninis generatorius

Žinoma, klasikinis sinchroninis generatorius turi vieną rimtą minusą - ant rotoriaus yra kontaktiniai žiedai ir greta jų esantys šepetėliai. Šepetėliai kibirkščia ir susidėvi dėl trinties ir elektros erozijos. Sprogioje aplinkoje tai neleidžiama. Todėl aviacijoje ir dyzeliniuose generatoriuose labiau paplitę bekontakčiai sinchroniniai generatoriai, ypač trijų mašinų.

Trijose mašinose yra trys mašinos viename korpuse: pirminis sužadintuvas, žadintuvas ir generatorius ant bendro veleno. Pre-exciteris yra sinchroninis generatorius, jis sužadinamas iš ant veleno esančių nuolatinių magnetų, jo sukuriama įtampa tiekiama į sužadintuvo statoriaus apviją.

Patogeno statorius veikia apviją rotoriui, prijungtam prie prie jo pritvirtinto trifazio lygintuvo, iš kurio tiekiama pagrindinė generatoriaus sužadinimo apvija. Generatorius sukuria srovę savo statoriuje.

Nešiojamieji dujų, dyzelino ir benzino generatoriai

Šiandien labai paplitusi namų ūkiuose dyzelino, dujų ir benzino generatoriaikurios naudoja ICE kaip vidaus degimo variklį - vidaus degimo variklį, perduodantį mechaninį sukimąsi į generatoriaus rotorių.

Skystųjų degalų generatoriai turi degalų bakus, dujų generatoriams - degalus reikia tiekti per vamzdyną, kad tada dujos būtų tiekiamos į karbiuratorių, kur jos virsta neatsiejama kuro mišinio dalimi.

Visais atvejais kuro mišinys dega stūmoklinėje sistemoje, todėl alkūninis velenas sukasi. Tai panašu į automobilio variklį. Alkūninis velenas suka bekontakčio sinchroninio generatoriaus (generatoriaus) rotorių.

Geriausias namų elektrinių inverteriniai generatoriai turi įmontuotą akumuliatorių skirtumams kompensuoti ir dvigubą konvertavimo sistemą, tokiuose įrenginiuose kintamoji įtampa yra stabilesnė.

Automobilių generatoriai

Kitas generatoriaus pavyzdys - labiausiai paplitęs generatoriaus tipas pasaulyje - automobilių generatorius. Šis generatorius tradiciškai apima sužadinimo apviją su rotoriaus slydimo žiedais ir trifazę statoriaus apviją su lygintuvu.

Integruotas elektroninis reguliatorius išlaiko automobilio akumuliatoriaus įtampą priimtinuose diapazonuose. Automobilių generatorius yra greitaeigis generatorius, jo greitis gali siekti 9000 per minutę.

Nors iš pradžių srovė gaunama kintama (rotoriaus poliaus galiukai pakaitomis ir skirtingu poliškumu kerta tris statoriaus apvijos fazes su jų magnetiniais srautais), tada ji ištaisoma diodais ir virsta pastovia, tinkama akumuliatoriui įkrauti.

Neįprasti elektrinių generatorių projektai:

Nemokami energijos generatoriai

Itin efektyvus Roberto Alexanderio variklio generatorius

Marx generatorius (impulsinės įtampos generatorius)

Peltier termoregeneratorius

Nanogeneratoriai, skirti miniatiūriniams elektroniniams prietaisams