Typer av elektriska generatorer och principerna för deras arbete

En elektrisk generator är en maskin eller installation som är utformad för att omvandla icke-elektrisk energi till elektrisk energi: mekanisk energi till elektrisk energi, kemisk energi till elektrisk energi, termisk energi till elektrisk energi, etc. Idag, när vi använder ordet "generator", menar vi en mekanisk omvandlare energi till elektrisk energi.

Det kan vara en bärbar diesel- eller bensingenerator, en kärnkraftverkgenerator, en bilgenerator, en hemmagjord generator från en asynkron elmotor eller en låghastighetsgenerator för en vindkraftverk med låg effekt. I slutet av artikeln kommer vi att betrakta som två exempel på de två vanligaste generatorerna, men låt oss först prata om principerna för deras arbete.

På ett eller annat sätt, från en fysisk synvinkel, är principen om drift av var och en av de mekaniska generatorerna en och samma: elektromagnetisk induktionsfenomennär, när linjerna korsar ledarens magnetfält, inträffar induktion EMF i denna ledare. Källorna till kraften som leder till ledarens och magnetfältets ömsesidiga rörelse kan vara olika processer, men som ett resultat måste emk och ström alltid erhållas från generatoren för att driva lasten.

Principen för drift av den elektriska generatoren - Faraday Law

Principen för den elektriska generatorn upptäcktes redan 1831 av den engelska fysikern Michael Faraday. Senare kallades denna princip Faradays lag. Det ligger i det faktum att när ledaren korsar vinkelrätt mot magnetfältet inträffar en potentialskillnad vid ändarna av denna ledare.

Den första generatoren byggdes av Faraday själv enligt den princip han upptäckte, det var en "Faraday-skiva" - en unipolär generator där en kopparskiva roterade mellan polerna i en hästskoformad magnet. Enheten producerade betydande ström med en liten spänning.

Det visade sig senare att enskilda isolerade ledare i generatorer är mycket mer effektiva ur praktisk synvinkel än en solid ledande skiva. Och i moderna generatorer är det nu statortrådlindningarna som används (i enklaste fall en trådspole).

Generator

De allra flesta moderna generatorer är synkrona växelströmsgeneratorer. De har ett ankare som lindas på statorn, från vilken den genererade elektriska energin avleds. En excitationslindning är belägen på rotorn, till vilken en konstant ström tillförs genom ett par kontaktringar för att erhålla ett roterande magnetfält från en roterande rotor.

På grund av fenomenet med elektromagnetisk induktion, när rotorn roterar från en extern drivenhet (till exempel från en förbränningsmotor), skär dess magnetiska flöde var och en av faserna i statorn som lindas i tur och ordning och därmed inducerar en emk i dem.

Oftast finns det tre faser, de förskjuts fysiskt vid ankaret relativt 120 grader, så att en trefas sinusformad ström erhålls. Faser kan anslutas i ett "stjärn-" eller "triangel" -mönster för att få standard nätspänning.

Frekvensen för sinusformad EMF f är proportionell mot rotorhastigheten: f = np / 60, där - p är antalet par av magnetiska plussar för rotorn, n är antalet rotorer per minut. Vanligtvis är den maximala rotorhastigheten 3000 rpm. Om du ansluter en trefas likriktare till statorlindningarna på en sådan synkrongenerator får du en likströmgenerator (detta är förresten alla bilgeneratorer som fungerar).

Tre-maskin synkron generator

Naturligtvis har den klassiska synkrongeneratorn ett allvarligt minus - på rotorn finns kontaktringar och borstar intill dem. Borstar gnista och slitna på grund av friktion och elektrisk erosion. I en explosiv atmosfär är detta inte tillåtet. Därför är luftfart och i dieselgeneratorer kontaktlösa synkrona generatorer, i synnerhet tre-maskiners, vanligare.

Tre maskiner har tre maskiner i ett hölje: en pre-exciter, en exciter och en generator på en gemensam axel. Pre-exciteraren är en synkron generator, den är upphetsad från permanentmagneter på axeln, den spänning som den alstrar tillförs statorns lindning av exciteraren.

Patogenens stator verkar på lindningen på rotorn ansluten till en trefaslikriktare som är fixerad till den, från vilken generatorns huvud excitationslindning matas. Generatorn genererar ström i statorn.

Bärbara generatorer för gas, diesel och bensin

Idag mycket vanligt i hushåll generatorer för diesel, gas och bensinsom använder ICE som förbränningsmotor - en förbränningsmotor som överför mekanisk rotation till generatorrotorn.

Generatorer med flytande bränsle har bränsletankar, gasgeneratorer måste tillföra bränsle genom en rörledning, så att gasen sedan matas till förgasaren, där den kommer att förvandlas till en integrerad del av bränsleblandningen.

I alla fall bränns bränsleblandningen i kolvsystemet, vilket får vevaxeln att rotera. Detta liknar en bilmotor. Vevaxeln roterar rotorn hos en kontaktlös synkrongenerator (växelströmsgenerator).

Bäst invertergeneratorer för hemmakraftverk ha ett inbyggt batteri för att kompensera för skillnader och ett dubbelomvandlingssystem, i sådana enheter är växelspänningen mer stabil.

Bilgeneratorer

Ett annat exempel på en växelströmsgenerator - den vanligaste typen av generator i världen - bilgenerator. Denna generator innehåller traditionellt en excitationslindning med glidringar på rotorn och en trefasstatorlindning med en likriktare.

En inbyggd elektronisk regulator håller spänningen inom det acceptabla intervallet för ett bilbatteri. En bilgenerator är en höghastighetsgenerator, dess hastigheter kan uppgå till 9000 per minut.

Även om strömmen initialt erhålls växelvis (rotorns polspetsar växelvis och i olika polaritet korsar de tre faserna i statorn som lindas med deras magnetiska flöden), så korrigeras den med dioder och förvandlas till en konstant fas som är lämplig för att ladda batteriet.

Ovanliga konstruktioner av elektriska generatorer:

Gratis energi generatorer

Robert Alexanders supereffektiva motorgenerator

Marx-generator (pulsspänningsgenerator)

Peltier termomogenerator

Nanogeneratorer för miniatyrelektroniska enheter