Види електричних генераторів та принципи їх роботи

Електричним генератором називається машина або установка, призначена для перетворення енергії неелектричної - в електричну: механічної - в електричну, хімічної - електричну, теплової - електричну і т.д. буд. Сьогодні в основному, вимовляючи слово «генератор», ми маємо на увазі перетворювач механічної енергії – в електричну.

Це може бути дизельний або бензиновий переносний генератор, генератор атомної електростанції, автомобільний генератор, саморобний генератор з асинхронного електродвигуна або тихохідний генератор для малопотужного вітряка. Наприкінці статті ми розглянемо як приклад два найбільш поширені генератори, але спочатку поговоримо про принципи їх роботи.

Так чи інакше, з фізичної точки зору принцип роботи кожного з механічних генераторів - той самий: явище електромагнітної індукції, коли при перетині лініями магнітного поля провідника - у цьому провіднику виникає ЕРС індукції. Джерелами сили, що призводить до взаємного переміщення провідника та магнітного поля, можуть бути різні процеси, проте в результаті від генератора завжди потрібно отримати ЕРС та струм для живлення навантаження.

Принцип роботи електричного генератора - Закон Фарадея

Принцип роботи електричного генератора було відкрито далекого 1831 року англійським фізиком Майклом Фарадеєм. Згодом цей принцип назвали законом Фарадея. Він полягає в тому, що при перетині провідником перпендикулярно магнітного поля, на кінцях цього провідника виникає різниця потенціалів.

Перший генератор був побудований самим Фарадеєм згідно з відкритим ним принципом, це був «диск Фарадея» - уніполярний генератор, у якому мідний диск обертався між полюсами підковоподібного магніту. Пристрій давав значний струм при незначній напрузі.

Пізніше було встановлено, що окремі ізольовані провідники в генераторах проявляють себе набагато ефективніше з практичної точки зору, ніж суцільний диск, що проводить. І в сучасних генераторах застосовуються тепер саме дротяні обмотки статора (у найпростішому демонстраційному випадку — виток із дроту).

Генератор змінного струму

У переважній більшості сучасні генератори - це синхронні генератори змінного струму. У них на статорі розташовується якірна обмотка, від якої і відводиться електрична енергія, що генерується. На роторі розташовується обмотка збудження, на яку через пару контактних кілець подається постійний струм, щоб отримати магнітне поле, що обертається, від обертового ротора.

За рахунок явища електромагнітної індукції, при обертанні ротора від зовнішнього приводу (наприклад від ДВС), його магнітний потік по черзі перетинає кожну з фаз обмотки статора, і таким чином наводить в них ЕРС.

Найчастіше фаз три, вони зміщені фізично на якорі один щодо одного на 120 градусів, так виходить трифазний синусоїдальний струм. Фази можна з'єднати за схемою "зірка" або "трикутник", щоб отримати стандартну мережну напругу.

Частота синусоїдальної ЕРС f пропорційна частоті обертання ротора: f = np/60, де p - число пар магнітних плюсів ротора, n - кількість обертів ротора за хвилину. Зазвичай максимальна швидкість обертання ротора - 3000 обертів на хвилину.Якщо підключити до обмотування статора такого синхронного генератора трифазний випрямляч, то вийде генератор постійного струму (так працюють, до речі, всі автомобільні генератори).

Спрощена схема трифазного генератора змінного струму:

Тримашинний синхронний генератор

Звичайно, класичний синхронний генератор має один серйозний мінус — на роторі розташовуються контактні кільця і ​​щітки, прилеглі до них. Щітки виблискують і зношуються через тертя та електричну ерозію. У вибухонебезпечному середовищі це неприпустимо. Тому в авіації та в дизель-генераторах більш поширені безконтактні синхронні генератори, зокрема тримашинні.

Тримашинні пристрої в одному корпусі мають три машини: передзбудник, збудник і генератор — на загальному валу. Передзбудник - це синхронний генератор, він збуджується від постійних магнітів на валу, напруга, що генерується ним, подається на обмотку статора збудника.

Статор збудника діє на обмотку на роторі, з'єднану із закріпленим на ній трифазним випрямлячем, від якого живиться основна обмотка збудження генератора. Генератор генерує у своєму статорі струм.

Газові, дизельні та бензинові переносні генератори

Сьогодні дуже поширені в домашніх господарствах дизельні, газові та бензинові генератори, які як приводні двигуни використовують ДВС — двигун внутрішнього згоряння, що передає механічне обертання на ротор генератора.

У генераторів на рідкому паливі є паливні баки, газовим генераторам необхідно подавати паливо через трубопровід, щоб потім газ був подано в карбюратор, де перетвориться на складову частину паливної суміші.

У всіх випадках паливна суміш спалюється в поршневій системі, обертаючи колінвал.Це схоже на роботу автомобільного двигуна. Колінвал обертає ротор безконтактного синхронного генератора (альтернатора).

Кращі інверторні генератори домашніх електростанцій мають вбудований акумулятор для компенсації перепадів та систему подвійного перетворення, у таких пристроїв змінна напруга виходить більш стабілізованою.

Автомобільні генератори

Ще один приклад генератора змінного струму – найпоширеніший у світі вид генератора – автомобільний генератор. Даний генератор зазвичай містить обмотку збудження з контактними кільцями на роторі та трифазну обмотку статора з випрямлячем.

Вбудований електронний регулятор утримує напругу у допустимих для автомобільного акумулятора межах. Автомобільний генератор - високооборотний генератор, його обороти можуть досягати 9000 за хвилину.

Хоча спочатку струм виходить змінним (полюсні наконечники ротора почергово і в різній полярності перетинають своїми магнітними потоками три фази статора обмотки), потім він випрямляється діодами і перетворюється на постійний, придатний для зарядки акумулятора.

Незвичайні конструкції електричних генераторів:

Сподіваюся, що ця стаття була для вас корисною. Дивіться також інші статті у категорії Електричні прилади та пристрої

Підписуйтесь на наш канал у Telegram: Домашня електрика

Тут можна залишити коментар, поставити запитання і просто поспілкуватися:
Чат з електротехнічної тематики

Поділіться цією статтею з друзями:

Влаштування генератора. З яких частин складається та їх функції

Електричні генератори – це основні пристрої, які забезпечують електроенергією при відключенні електроенергії та запобігають порушенню повсякденної діяльності або ділових операцій. .

Як працює генератор?

Електричний генератор – це пристрій, який перетворює механічну енергію, отриману від зовнішнього джерела, у вихідну електричну потужність.

Важливо розуміти, що електричний генератор не створює електричну енергію. зрозуміти механізм генератора, розглядаючи генератор як аналог водяного насоса. Він призводить до потоку води, але насправді не створює протікає через нього воду.

Основні компоненти генератора

На фото зображено один з найпопулярніших генераторів – з максимальною потужністю 3кВт 7728GG. пристрої можна почитати у статті "Генератор бензиновий на 3кВт".

Опис дев'яти основних компонентів генератора наведено нижче.

Двигун

Двигун є джерелом вхідної механічної енергії у генератор.Розмір двигуна безпосередньо пов'язаний із максимальною вихідною потужністю, яку може забезпечити генератор. Є кілька аспектів, які необхідно враховувати при оцінці двигуна вашого генератора:

(a) Тип палива, що використовується. Двигуни генераторів можуть працювати на різних видах палива, таких як дизельне паливо, бензин, пропан або газ. Генератори з двигунами меншого об'єму зазвичай працюють на бензині, а двигуни більшого об'єму працюють на дизельному паливі, зрідженому пропані, газі пропановому або природному газі. Деякі двигуни також можуть працювати на подвійній подачі дизельного палива та газу у двопаливному режимі роботи.

(b) Двигуни з верхнім розташуванням клапанів (OHV) порівняно з двигунами без OHV. Двигуни з верхнім розташуванням клапанів відрізняються від інших двигунів тим, що впускний та випускний клапани двигуна розташовані у верхній частині циліндра двигуна, а не встановлені на блоці циліндрів. Двигуни OHV мають деякі переваги перед іншими двигунами, такі як:

• Компактна конструкція
• Простіший механізм роботи
• Довговічність
• Зручний в експлуатації
• Низький рівень шуму під час роботи
• Низький рівень викидів

Майте на увазі, що двигуни з верхнім розташуванням клапанів також дорожчі за інші двигуни.

(c) Чавунна гільза (CIS) – CIS є накладкою у циліндрі двигуна. Знижує знос двигуна та забезпечує довговічність. Більшість двигунів з верхнім розташуванням клапанів зазвичай оснащені CIS, але важливо перевірити цю функцію у двигуні генератора. CIS - це недорога функція, але вона відіграє вирішальну роль у довговічності двигуна, особливо якщо ви використовуєте генератор часто або протягом тривалого часу.

Генератор

Генератор також називають генератором (іноді альтернатором). Це частина генератора, що виробляє електричний струм із механічного входу, що подається двигуном. Він складається з нерухомих та рухомих частин, покладених у корпус. Частини працюють разом, створюючи відносний рух між магнітним та електричним полями, генеруючи електрику.

(a) Статор – це нерухомий компонент генератора змінного струму. Він містить набір електричних провідників, намотаних у витках на залізний сердечник.

(b) Ротор/якір – це рухомий компонент генератора змінного струму, що створює обертове (змінне) магнітне поле.

Паливна система

Об'єм паливного бака зазвичай достатній для роботи генератора в середньому від 6 до 8 годин. У невеликих генераторних установках паливний бак може бути частиною основи або розташовуватися зверху рами генератора. Для великих генераторів може знадобитися установка зовнішнього паливного бака. Деякі типові особливості паливної системи включають:

(a) З'єднання трубопроводу від паливного бака до двигуна. Провідний трубопровід веде паливо від бака до двигуна, а зворотний трубопровід відводить паливо від двигуна назад до бака.

(b) Вентиляційна трубка паливного бака. Паливний бак має вентиляційну трубку, яка запобігає підвищенню тиску або вакууму під час заправки та випорожнення бака.

(c) Паливний насос – перекачування палива з основного бака-накопичувача. Паливний насос має електричний привід.

(d) Паливний водовідділювач/паливний фільтр – відокремлює воду та інші забруднюючі речовини від палива для захисту інших частин генератора від корозії та забруднення.

(e) Паливна форсунка – розщеплює паливо та впорскує необхідну кількість палива у камеру згоряння двигуна.

Регулятор напруги

Як випливає з назви, ця частина генератора регулює вихідну напругу. Регулятор напруги перетворює вихідну змінну напругу генератора на постійний струм. Потім регулятор напруги посилає постійний струм на набір вторинних статорних обмоток, відомих як обмотки збудження, які перетворюють постійний змінний струм.

Система охолодження та вихлопна система

(а) Система охолодження

Постійне використання генератора призводить до нагріву різних частин. Необхідно мати систему охолодження для відведення тепла.

Сира/пресна вода може використовуватися як охолоджувальна рідина для генераторів. Для інших поширених застосувань на генераторі встановлено стандартний радіатор та вентилятор, який працює як первинна система охолодження. Дуже важливо щодня перевіряти рівень охолоджуючої рідини у генераторі. Генератор повинен експлуатуватися на відкритому та вентильованому майданчику з достатнім припливом свіжого повітря. Рекомендується залишати мінімальний простір у 3 фути з усіх боків генератора для забезпечення вільного потоку повітря.

(б) Вихлопна система

Вихлопні гази, що виділяються генератором, є високотоксичними хімічними речовинами, яких необхідно правильно позбавлятися. Тому дуже важливо встановити відповідну вихлопну систему видалення вихлопних газів.

Система змащення

Оскільки генератор складається з декількох рухомих частин двигуна, йому потрібно мастило, щоб забезпечити виключно плавну роботу протягом тривалого часу. Двигун генератора змащується моторним маслом, яке зберігається в насосі.Ви повинні перевіряти рівень олії кожні 8 годин використання. Ви також повинні перевіряти наявність витоків олії та змінювати мастило кожні 500 годин використання.

Зарядний пристрій

Зарядний пристрій батареї зазвичай підтримує заряд батареї генератора, подаючи певну «плаваючу» напругу. Якщо плаваюча напруга надто низька, акумулятор залишається незарядженим. Якщо плаваюча напруга надто висока, це скоротить термін служби батареї.

Панель керування

Панель управління є інтерфейсом генератора та має засоби для електричних розеток та органів управління. Різні виробники пропонують багато функцій у панелях управління своїх пристроїв.

Корпус або рама

Усі генератори мають індивідуальні корпуси, що забезпечують структурну опору. Рама також дозволяє заземлити генератор з міркувань безпеки.

Тепер у вас є опис кожної частини генератора і як вони працюють разом, щоб забезпечити електроенергію. Якщо вам сподобалася стаття, не соромтеся зареєструватися на нашому сайті, щоб отримати професійні поради від наших експертів.