Sähkögeneraattoreiden tyypit ja työn periaatteet

Sähkögeneraattori on kone tai laite, joka on suunniteltu muuntamaan ei-sähköenergia sähköenergiaksi: mekaaninen energia sähköenergiaksi, kemiallinen energia sähköenergiaksi, lämpöenergia sähköenergiaksi jne. Tänään, kun käytämme sanaa ”generaattori”, tarkoitamme mekaanista muunninta energia sähköenergiaksi.

Se voi olla kannettava diesel- tai bensiinimoottori, ydinvoimalaitoksen generaattori, autogeneraattori, asynkronisesta sähkömoottorista valmistettu kotitekoinen generaattori tai pienitehoinen generaattori pienitehoiselle tuuliturbiinille. Artikkelin lopussa tarkastellaan esimerkkiä kahdesta yleisimmästä generaattorista, mutta ensin puhutaan heidän työnsa periaatteista.

Tavalla tai toisella, fyysisestä näkökulmasta kunkin mekaanisen generaattorin toimintaperiaate on yksi ja sama: sähkömagneettinen induktioilmiökun magneettikenttä ylittää johtimen, induktioemf syntyy tässä johtimessa. Johtimen ja magneettikentän keskinäiseen liikkeeseen johtavat voiman lähteet voivat olla erilaisia ​​prosesseja, mutta seurauksena on, että emf ja virta on aina hankittava generaattorilta kuorman syöttämiseksi.

Sähkögeneraattorin toimintaperiaate - Faradayn laki

Englannin fyysikko Michael Faraday löysi sähkögeneraattorin periaatteen jo vuonna 1831. Myöhemmin tätä periaatetta kutsuttiin Faradayn lakiksi. Se johtuu siitä, että kun johdin poikki kohtisuorassa magneettikentän kanssa, potentiaaliero tapahtuu tämän johtimen päissä.

Ensimmäisen generaattorin rakensi itse Faraday löytönsä periaatteen mukaisesti, se oli ”Faraday-levy” - yksinapainen generaattori, jossa kuparilevy pyörii hevosenkengän muotoisen magneettin napojen välillä. Laite tuotti merkittävän virran pienellä jännitteellä.

Myöhemmin havaittiin, että generaattoreiden yksittäiset eristetyt johtimet ovat käytännöllisesti katsoen tehokkaampia kuin kiinteä johtava levy. Ja nykyaikaisissa generaattoreissa käytetään nyt staattorin lankakäämiä (yksinkertaisimmassa demonstraatiotapauksessa lankakela).

vaihtovirtageneraattori

Suurin osa nykyaikaisista generaattoreista on synkronisia vaihtovirtageneraattoreita. Heillä on staattoriin kääntyvä ankkuri, josta tuotettu sähköenergia ohjataan. Roottorilla on virityskäämi, jolle vakiovirta syötetään kosketusrengasparin läpi pyörivän magneettikentän aikaansaamiseksi pyörivältä roottorilta.

Sähkömagneettisen induktion ilmiöstä johtuen, kun roottori pyörii ulkoisesta käyttölaitteesta (esimerkiksi polttomoottorista), sen magneettinen virta leikkaa vuorotellen staattorin käämityksen jokaisen vaiheen ja siten indusoi niissä emf: n.

Yleensä on kolme vaihetta, ne siirtyvät fyysisesti ankkurissa toisiinsa nähden 120 astetta, joten saadaan kolmivaiheinen sinimuotoinen virta. Vaiheet voidaan yhdistää “tähti” tai “kolmio” -kuvioksi saadaksesi vakio verkkojännite.

Sinimuotoisen EMF: n taajuus on verrannollinen roottorin nopeuteen: f = np / 60, missä - p on roottorin magneettisten plusten parien lukumäärä, n on roottorin kierrosten lukumäärä minuutissa. Tyypillisesti roottorin suurin kierrosnopeus on 3000 rpm. Jos kytket kolmivaiheisen tasasuuntaajan tällaisen synkronisen generaattorin staattorikäämiin, saat tasavirtageneraattorin (tämä muuten toimii kaikille autogeneraattoreille).

Kolmen koneen synkroninen generaattori

Klassisella synkronisella generaattorilla on tietysti yksi vakava miinus - roottorissa on niiden vieressä kosketusrenkaat ja harjat. Harjat kipinöivät ja kuluvat kitkan ja sähköerosion takia. Räjähdysalttiissa ympäristössä tämä ei ole sallittua. Siksi ilmailu- ja dieselgeneraattoreissa kontaktittomat synkroniset generaattorit, erityisesti kolmen koneen generaattorit, ovat yleisempiä.

Kolmessa koneessa on kolme konetta yhdessä kotelossa: esierotin, viritin ja generaattori - yhteisellä akselilla. Esierotin on synkroninen generaattori, se herätetään akselin kestomagneeteista, sen tuottama jännite syötetään virittimen staattorikäämitykseen.

Patogeenin staattori vaikuttaa roottorin käämiin, joka on kytketty siihen kiinnitettyyn kolmivaiheiseen tasasuuntaajaan, josta generaattorin pääkäämityskäämi syötetään. Generaattori tuottaa virtaa staattorissaan.

Kannettavat kaasun, dieselin ja bensiinin generaattorit

Nykyään hyvin yleinen kotitalouksissa diesel-, kaasu- ja bensiinigeneraattoritjoissa käytetään ICE: tä polttomoottorina - polttomoottori, joka välittää mekaanisen pyörimisen generaattorin roottoriin.

Nestemäisten polttoaineiden generaattoreissa on polttoainesäiliöitä, kaasugeneraattoreiden on toimitettava polttoainetta putkilinjan kautta, niin että sitten kaasu syötetään kaasuttimeen, missä se muuttuu kiinteäksi osaksi polttoaineseosta.

Kaikissa tapauksissa polttoaineseos palaa mäntäjärjestelmässä aiheuttaen kampiakselin pyörimisen. Tämä on samanlainen kuin moottori. Kampiakseli pyörittää kontaktittoman synkronisen generaattorin (generaattorin) roottoria.

Paras kodin voimalaitosten invertterigeneraattorit Heillä on sisäänrakennettu akku erojen kompensoimiseksi ja kaksinkertainen muuntojärjestelmä, sellaisissa laitteissa vaihtojännite on vakaampi.

Auton generaattorit

Toinen esimerkki laturista - yleisin generaattorityyppi maailmassa - autogeneraattori. Tämä generaattori sisältää perinteisesti virityskäämin roottorin liukurenkailla ja kolmivaiheisen staattorin käämityksen tasasuuntaajan kanssa.

Sisäänrakennettu elektroninen säädin pitää jännitteen auton akun hyväksyttävällä alueella. Autigeneraattori on nopea generaattori, sen nopeudet voivat saavuttaa 9000 minuutissa.

Vaikka aluksi virta saadaan vuorotellen (roottorin napakärjet vuorotellen ja eri polaarisuudella leikkaavat staattorin käämityksen kolme vaihetta niiden magneettivuoilla), silloin se tasoitetaan diodien avulla ja muuttuu vakiona akun lataamiseen sopivaksi.

Sähkögeneraattorien epätavalliset mallit:

Ilmaiset energiantuottajat

Robert Alexanderin erittäin tehokas moottorigeneraattori

Marx-generaattori (pulssijännitegeneraattori)

Peltier-lämpögeneraattori

Nanogeneraattorit miniatyyrilaitteisiin