Generator električnega toka je naprava, namenjena pretvarjanju neelektričnih vrst energije (kemične, mehanske, toplotne) v električno energijo. Poleg tega njegova zasnova temelji na uporabi principa elektromagnetne indukcije.
Načelo delovanja in struktura najpreprostejšega generatorja izmeničnega toka
Elektromagnetna indukcija je pojav, ki ga je leta 1831 odkril angleški fizik Michael Faraday (1791-1867), ko je ugotovil, da pri prehodu časovno spremenljivega magnetnega toka skozi sklenjeno prevodno vezje v slednjem nastane električni tok. To načelo je osnova vsakega generatorja.
V praksi se princip elektromagnetne indukcije izvaja na naslednji način: električni tok nastane v zaprtem okvirju (rotorju), ko ga prečka vrteče se magnetno polje, ki ga glede na namen in zasnovo generatorja tvorijo trajni magneti ali posebno vzbujanje. navitja.Ko se okvir vrti, se spremeni velikost magnetnega pretoka. Hitreje kot se vrti, višja je izhodna napetost.
Leta 1827 je ta učinek odkril in uporabil za izdelavo originalnega modela generatorja električnega toka madžarski fizik Anjos Istvan Jedlik (1800-1895). Vendar pa je znanstvenik verjel, da je znano, svojega odkritja ni patentiral in je šele leta 1850 napovedal ustvarjanje prvega dinama.
Za odvajanje električnega toka je okvir opremljen s tokovnim zbiralnikom, ki ga spremeni v zaprt krog in zagotavlja stalen stik vrtljivega okvirja s stacionarnimi elementi generatorja. Vzmetene ščetke se pritisnejo na komutatorske obroče in tako električni tok teče do izhodnih sponk generatorja.
Med vrtenjem se polovice okvirja zaporedoma premikajo blizu polov magneta. V tem primeru pride do ciklične spremembe smeri gibanja nastajajočega toka - na vsakem polu se tok premika v eno smer.
Glede na zasnovo kolektorja lahko generator proizvaja enosmerni in izmenični tok.
- V generatorjih enosmernega toka so za vsako polovico navitja v kolektorski enoti medsebojno izolirani polovični obroči. Zaradi dejstva, da ti polobroči nenehno spreminjajo ščetke, tok ne spremeni svoje smeri, ampak preprosto utripa.
- Pri generatorjih izmeničnega toka so konci okvirja privezani na drsne obroče in ta celotna struktura se vrti okoli svoje osi. Ko se okvir vrti, ščetke, od katerih se vsaka tesno prilega svojemu obroču, zagotavljajo zanesljiv odtok toka.V tem primeru ni ciklične spremembe položaja ščetk.
Rotacijski del generatorja imenujemo rotor, mirujoči del pa stator.
Princip delovanja električnih generatorjev na izmenični in enosmerni tok je enak. Med seboj se razlikujejo po zasnovi drsnih obročev, ki se nahajajo na rotirajočem rotorju, in konfiguraciji navitij.
Generatorji izmeničnega toka pogosto uporabljajo izvirno tehnično rešitev, ki temelji na dejstvu, da se EMF pojavi v prevodniku ne le, ko se vrti v magnetnem polju, ampak tudi, ko se samo magnetno polje vrti glede na mirujoči prevodnik.
Ta učinek pogosto uporabljajo oblikovalci, ki postavljajo električne ali trajne magnete na vrteči se rotor. V tem primeru se napetost odstrani iz trajno nameščenega navitja, kar omogoča, da se znebite zapletenih zasnov tokovnih enot.
AC generatorji
- oblikovanje;
- metoda vzbujanja;
- število faz.
Odvisno od načina vzbujanja lahko potrošnik naleti na naslednje enote:
- z neodvisnim vzbujanjem – vzbujalno navitje se napaja z enosmernim tokom iz neodvisnega vira energije;
- s samovzbujanjem - popravljeni tok iz samega generatorja se dovaja v vzbujalno navitje;
- z vzbujanjem iz trajnih magnetov – ni vzbujalnega navitja;
- z vzbujanjem iz vzbujevalnika - enosmerni generator majhne moči, ki "sedi" na isti gredi z generatorjem, ki se servisira.
Glede na število faz so električni generatorji:
- enofazni;
- dvofazni;
- trifazni.
V praksi najpogosteje najdemo trifazne generatorje izmeničnega toka. To je posledica številnih prednosti, značilnih za to vrsto enot:
- pridobivanje ekonomskega učinka pri razvoju sistemov za prenos električne energije na dolge razdalje - zmanjšanje porabe materiala transformatorskih naprav in napajalnih žic; To je olajšano s prisotnostjo krožnega magnetnega polja;
- podaljšana življenjska doba, ki zagotavlja uravnoteženost sistema;
- hkratna uporaba linearne in fazne napetosti.
Strukturno ima trifazni električni generator tri neodvisne navitje, ki se nahajajo v statorju v krogu z odmikom 120 ° glede na drugega. V tem primeru je vsako navitje enofazni generator, ki je sposoben dovajati izmenično napetost do porabnika R. Takšno enojno navitje imenujemo "faza". Fazni navitji so lahko povezani med seboj v trikotnik ali zvezdo.
Obstajajo tudi druge sheme povezovanja navitij, na primer šestžilni sistem "Tesla" ali povezava "Slavyanka" (kombinacija šestih navitij v obliki ene "zvezde" in enega "trikotnika"), vendar niso široko razširjeni. rabljeno.
Vlogo okvirja v napravah, ki ustvarjajo izmenični tok, igra elektromagnet, ki med vrtenjem premakne izmenične emfs, inducirane v navitjih, za tretjino cikla drug glede na drugega.
Med številnimi generatorji izmeničnega toka obstajata dve glavni vrsti njihove zasnove: sinhroni in asinhroni. V zadnjem času se je zaradi velikega števila kompleksnih elektronskih naprav, ki jih krmilijo mikroprocesorji, pojavila nova vrsta električnih generatorjev - inverter.
Sinhroni električni generatorji
Sinhroni generator izmeničnega toka je strukturno sestavljen iz dveh delov - gibljivega rotorja in mirujočega statorja.
Ko se rotor, ki je elektromagnet z jedrom in vzbujevalnim navitjem, ki je povezan z zunanjim virom energije s krtačnim mehanizmom, vrti, se v navitju statorja inducira emf, ki se napaja na izhodne sponke generatorja. Ta zasnova odpravlja potrebo po uporabi drsnih kontaktov, kar bistveno poenostavi zasnovo enote. Na začetku se magnetni tok vzbuja iz vzbujalnika drugega proizvajalca, ki je nameščen na skupni gredi in je povezan s sistemom s pomočjo sklopke.
V sinhronih električnih generatorjih majhne moči se vzbujalno navitje napaja z rektificiranim tokom. V tem primeru nastane električni tokokrog zaradi aktiviranja transformatorjev, vključenih v tokokrog tovora. Sem spada tudi polprevodniški usmernik. Glavni električni tokokrog vključuje:
- vzbujevalno navitje;
- nastavitev reostata.
Glavna značilnost sinhronskega generatorja je, da je frekvenca generiranega električnega toka sorazmerna s hitrostjo rotorja.
Asinhroni električni generatorji
Zasnova asinhronskih generatorjev je preprosta, vendar ima slabše tehnične lastnosti v primerjavi s sinhronimi enotami - napaka frekvence lahko doseže 4%, napaka napetosti pa lahko doseže 10%. Poleg tega so asinhroni električni generatorji kritični za velikost zagonskega toka. Zato je priporočljivo, da jih upravljate skupaj s stabilizatorji, v nekaterih primerih, na primer za nemoten zagon elektromotorja, bo morda potreben frekvenčni pretvornik.
Inverterski generatorji
Inverterski električni generator je običajen asinhronski generator, na izhodu katerega je nameščen dodatni stabilizator izhodnih parametrov.
Deluje na naslednji način: napetost, ki jo ustvari asinhronski generator, vstopi v pretvornik, kjer se najprej popravi, nato pa se iz nastale enosmerne napetosti oblikujejo impulzi dane frekvence in delovnega cikla. Na izhodu naprave se ti impulzi pretvorijo v sinusno napetost s skoraj idealnimi tehničnimi lastnostmi.
Pogon generatorjev izmeničnega toka
V domačih razmerah rotor generatorja poganjajo motorji z notranjim zgorevanjem (ICE), ki delujejo na goriva, kot sta bencin ali dizelsko gorivo. Hkrati je življenjska doba bencinskih generatorjev, opremljenih z dvotaktnimi motorji z notranjim zgorevanjem, približno 500 ur na leto (ne več kot 4 ure na dan); štiritaktnih motorjev z notranjim zgorevanjem doseže 5000 ur na leto.
Priporočljiva je uporaba bencinskih električnih generatorjev ob krajših izpadih električne energije in/ali na prostem.
Generatorji na dizelsko gorivo so močnejši in veliko bolj vzdržljivi od bencinskih. Med njimi so modeli z zračnim in tekočim hlajenjem. Zračno hlajene enote priporočamo za uporabo na mestih, kjer je električna energija pogosto in za daljša obdobja prekinjena.
Uporaba takšnih gospodinjskih naprav je izjemno preprosta - samo napolnite rezervoar z gorivom, obrnite ključ za zagon motorja in priključite obremenitev. Njihova nadzorna plošča je opremljena z vsemi potrebnimi in intuitivnimi napisi in simboli.
Dizelski električni generatorji s tekočinskim hlajenjem so naprave povsem druge kategorije. Lahko delujejo več dni in se uporabljajo predvsem v podjetjih kot rezervni vir energije.
Industrijski generatorji, namenjeni ustvarjanju izmeničnega toka in oskrbi potrošnikov na velike razdalje z uporabo visokonapetostnih daljnovodov (električnih vodov), delujejo z aktiviranjem hidravličnih ali parnih turbin. V takih enotah je rotorski mehanizem povezan neposredno s turbinskim kolesom.
Za turbinske električne generatorje je značilna velika moč (do 100.000 kW) in lahko proizvajajo izmenični tok z napetostjo do 16 kV. Poleg tega lahko dolžina in premer njihovega rotorja dosežeta 6,5 oziroma 15 metrov, hitrost vrtenja slednjega pa je v območju od 1500 do 3000 vrt / min. Takšne enote so nameščene v ločenih prostorih na posebej pripravljenih betonskih temeljih.
Možnosti in zmogljivosti gospodinjskih električnih generatorjev
Za lažjo uporabo proizvajalci svoje izdelke opremijo s številnimi uporabnimi možnostmi, vključno z:
- naprava za samodejni zagon enote v primeru izpada električne energije;
- prisotnost vgrajenega RCD, ki odklopi napravo iz napajanja v primeru okvare izolacije in pojava toka uhajanja;
- spremljanje parametrov in njihov prikaz na zaslonu;
- zaščita pred preobremenitvijo.
Pri priključitvi na električni generator obremenitve, katere vrednost je pod nazivno vrednostjo, bo enota začela zaman "požreti" del tekočega goriva, ne da bi v celoti izkoristila svoje zmogljivosti.
Ne bi bilo odveč, če bi v dobavni komplet vključili posebno ohišje za dušenje hrupa, rezervoar za gorivo povečane prostornine, ohišje, ki ščiti enoto pred izpostavljenostjo nizkim temperaturam itd.
Funkcije namestitve
Potencialni lastnik generatorja izmeničnega toka mora pred nakupom poskrbeti za pripravo mesta za njegovo namestitev. Ne glede na to, kje bo taka enota nameščena, v zaprtih prostorih ali na prostem, bo potrebovala ravno in trdno ploščad. Namestitev električnega generatorja na neravno mesto bo povzročila povečane vibracije, kar bo pospešilo obrabo delov in lahko povzroči okvaro drage naprave.
Pri nameščanju generatorja v zaprtih prostorih je pomembno zagotoviti izpušno prezračevanje. Poleg tega je med delovanjem enote priporočljivo pustiti vrata prostora odprta, kar bo zahtevalo namestitev rešetke na vratih, ki bo blokirala dostop do nevarnega območja za tujce in predvsem otroke.
Električni generator priključite na električno omrežje strogo v skladu z zahtevami iz navodil za uporabo. V tem primeru mora biti električni kabel priključen za vhodnim strojem in električnim števcem.
