Generátor elektrického proudu: elektromechanický, benzínový a indukční

Typy elektrických generátorů a principy jejich činnosti

Elektrický generátor je stroj nebo zařízení určené k přeměně neelektrické energie na elektrickou energii: mechanickou energii na elektrickou energii, chemickou energii na elektrickou energii, tepelnou energii na elektrickou atd. energii na elektřinu.

Může to být dieselový nebo benzínový přenosný generátor, generátor jaderné elektrárny, automobilový generátor, podomácku vyrobený generátor z asynchronního elektromotoru nebo nízkootáčkový generátor pro větrný mlýn s nízkým výkonem. Na konci článku se jako příklad podíváme na dva nejběžnější generátory, ale nejprve si povíme, jak fungují.

Typy elektrických generátorů a principy jejich činnosti

Tak či onak, z fyzikálního hlediska je princip činnosti každého z mechanických generátorů stejný: fenomén elektromagnetické indukce, kdy při křížení čar magnetického pole vodičem vzniká EMF indukce. v tomto vodiči. Zdroje síly vedoucí ke vzájemnému pohybu vodiče a magnetického pole mohou být různé procesy, v důsledku toho však generátor vždy potřebuje přijímat EMF a proud pro napájení zátěže.

Princip činnosti generátoru

Princip činnosti elektrického generátoru – Faradayův zákon

Princip fungování elektrického generátoru objevil již v roce 1831 anglický fyzik Michael Faraday. Tento princip byl později nazýván Faradayovým zákonem. Spočívá v tom, že při kolmém křížení vodiče s magnetickým polem vzniká na koncích tohoto vodiče potenciálový rozdíl.

První generátor sestrojil sám Faraday podle principu, který objevil, byl to „Faradayův disk“ – unipolární generátor, ve kterém se měděný kotouč otáčel mezi póly podkovovitého magnetu. Zařízení dávalo značný proud při nízkém napětí.

Faradayův zákon

Později se zjistilo, že jednotlivé izolované vodiče v generátorech jsou z praktického hlediska mnohem účinnější než pevný vodivý kotouč. A v moderních generátorech se nyní používají drátová vinutí statoru (v nejjednodušším demonstračním případě cívka drátu).

Alternátor

Naprostá většina moderních generátorů jsou synchronní alternátory. Na statoru mají vinutí kotvy, ze kterého je odváděna vzniklá elektrická energie. Na rotoru je umístěno budicí vinutí, do kterého je přiváděn stejnosměrný proud přes dvojici sběracích kroužků za účelem získání točivého magnetického pole z rotujícího rotoru.

Vlivem jevu elektromagnetické indukce, kdy se rotor otáčí z externího pohonu (například ze spalovacího motoru), jeho magnetický tok postupně protíná každou z fází statorového vinutí a tím v nich indukuje EMF.

READ
Vana s hozblokem pod jednou střechou: vlastnosti a příklady projektů

Nejčastěji existují tři fáze, které jsou fyzicky posunuty v kotvě vůči sobě navzájem o 120 stupňů, takže se získá třífázový sinusový proud. Fáze mohou být zapojeny do hvězdy nebo trojúhelníku pro získání standardního síťového napětí.

Sinusový proud

Frekvence sinusového EMF f je úměrná rychlosti rotoru: f = np/60, kde – p je počet párů magnetických plusů rotoru, n je počet otáček rotoru za minutu. Typicky je maximální rychlost rotoru 3000 ot./min. Pokud k vinutí statoru takového synchronního generátoru připojíte třífázový usměrňovač, získáte stejnosměrný generátor (takto mimochodem fungují všechny generátory automobilů).

Zjednodušené schéma třífázového alternátoru:

Zařízení třífázového alternátoru

Synchronní generátor se třemi stroji

Klasický synchronní generátor má samozřejmě jednu vážnou nevýhodu – na rotoru jsou umístěny sběrací kroužky a k nim přiléhající kartáče. Kartáče jiskří a opotřebovávají se v důsledku tření a elektrické eroze. To není povoleno ve výbušném prostředí. Proto jsou v letectví a dieselových generátorech běžnější bezkontaktní synchronní generátory, zejména třístrojní.

U třístrojových zařízení jsou v jednom krytu instalovány tři stroje: předbuďák, budič a generátor – na společné hřídeli. Předbudič je synchronní generátor, je buzen permanentními magnety na hřídeli, napětí, které vytváří, je přiváděno na vinutí statoru budiče.

Stator budiče působí na vinutí na rotoru, spojeném s na něm upevněným třífázovým usměrňovačem, ze kterého je napájeno hlavní budicí vinutí generátoru. Generátor generuje proud ve svém statoru.

Plynové, naftové a benzínové přenosné generátory

Přenosný generátor pro autonomní napájení

Dnes jsou v domácnostech velmi rozšířené dieselové, plynové a benzinové generátory, které využívají jako hnací motory spalovací motory – spalovací motor, který přenáší mechanické otáčení na rotor generátoru.

Generátory na kapalná paliva mají palivové nádrže, plynové generátory potřebují dodávat palivo potrubím tak, aby se plyn přiváděl do karburátoru, kde se mění na nedílnou součást palivové směsi.

Ve všech případech dochází ke spalování palivové směsi v pístovém systému, což způsobuje otáčení klikového hřídele. Je to podobné, jako funguje motor auta. Klikový hřídel otáčí rotorem bezkontaktního synchronního generátoru (alternátoru).

Nejlepší invertorové generátory pro domácí elektrárny mají vestavěnou baterii pro kompenzaci poklesů a systém dvojité konverze, u takových zařízení je střídavé napětí stabilnější.

READ
Atmosférické a přeplňované nástěnné plynové kotle Vaillant

Automobilové generátory

Zařízení automobilového generátoru

Dalším příkladem alternátoru je nejrozšířenější typ alternátoru na světě – automobilový alternátor. Tento generátor tradičně obsahuje budicí vinutí se sběracími kroužky na rotoru a třífázové statorové vinutí s usměrňovačem.

Vestavěný elektronický regulátor udržuje napětí v přijatelných mezích pro autobaterii. Automobilový generátor je vysokorychlostní generátor, jeho otáčky mohou dosáhnout 9000 za minutu.

Automobilový generátor

Přestože se zpočátku ukazuje, že proud je proměnný (pólové nástavce rotoru střídavě a v různé polaritě křižují svými magnetickými toky tři fáze statorového vinutí), pak je usměrněn diodami a přechází na konstantní vhodný pro nabíjení. baterie.

Elektrocentrála

Elektrický generátor – zařízení, ve kterém se přeměňují neelektrické formy energie (mechanická, chemická, tepelná) na energii elektrickou.

Obsah

Příběh

Než byla objevena souvislost mezi elektřinou a magnetismem, používaly se elektrostatické generátory, které pracovaly na principech elektrostatiky. Dokázaly generovat vysoké napětí, ale měly malý proud. Jejich práce byla založena na použití elektrifikovaných pásů, desek a disků k přenosu elektrického náboje z jedné elektrody na druhou. Poplatky byly generovány pomocí jednoho ze dvou mechanismů:

Kvůli nízké účinnosti a obtížnosti izolovat vysokonapěťové stroje měly elektrostatické generátory malý výkon a nikdy se nepoužívaly k výrobě elektřiny v průmyslovém měřítku. Příklady strojů tohoto druhu, které přežily dodnes, jsou elektroforový stroj a Van de Graaffův generátor.

Dynamo Jedlík

V roce 1827 začal Agnos Istvan Jedlik, Maďar, experimentovat s elektromagnetickými rotačními zařízeními, které nazval elektromagnetické samorotační rotory. V prototypu jeho unipolárního elektromotoru (dokončen v letech 1852 až 1854) byly pevné i rotační části elektromagnetické. Koncept dynama formuloval nejméně 6 let před Siemensem a Wheatstonem, ale vynález si nepatentoval, protože si myslel, že není první, kdo tak učinil. Podstatou jeho myšlenky bylo použít místo permanentních magnetů dva protilehlé elektromagnety, které kolem rotoru vytvářely magnetické pole. Yedlikův vynález předběhl dobu o desítky let.

Faradayův disk

V letech 1831-1832 objevil Michael Faraday princip fungování elektromagnetických generátorů. Princip, později nazývaný Faradayův zákon, spočíval v tom, že mezi konci vodiče, který se pohyboval kolmo k magnetickému poli, se vytvořil potenciálový rozdíl. Sestrojil také první elektromagnetický generátor, nazvaný Faradayův disk, což byl unipolární generátor využívající měděný kotouč rotující mezi póly podkovovitého magnetu. Vytvářelo malé konstantní napětí a silný proud.

READ
DIY Dekor do školky: Šest rychlých triků 39 svěžích nápadů

Konstrukce byla nedokonalá, protože proud se samouzavíral částmi disku, které nebyly v magnetickém poli. Parazitní proud omezoval výkon odebíraný z trolejí a způsoboval zbytečné zahřívání měděného kotouče. Později se unipolárním generátorům podařilo tento problém vyřešit tak, že kolem disku umístili mnoho malých, rozmístěných po celém obvodu disku, aby se vytvořilo jednotné pole a proud pouze v jednom směru.

Další nevýhodou bylo, že výstupní napětí bylo velmi malé, protože kolem magnetického toku se vytvořil pouze jeden závit. Experimenty ukázaly, že použitím mnoha závitů drátu v cívce lze získat často požadované vyšší napětí. Vinutí drátů se stalo hlavním charakteristickým rysem veškerého dalšího vývoje generátorů.

Nedávné pokroky (magnety vzácných zemin) však umožnily unipolární motory s magnetem na rotoru a měly by přinést mnoho vylepšení starších konstrukcí.

Stroj Dynamo

Dynamo bylo prvním elektrickým generátorem schopným vyrábět energii pro průmysl. Provoz dynama je založen na zákonech elektromagnetismu pro přeměnu mechanické energie na pulzující stejnosměrný proud. Stejnosměrný proud byl generován pomocí mechanického spínače. První dynamo sestrojil Hippolyte Pixii v roce 1832.

Dynamo se po řadě méně významných objevů stalo prototypem, ze kterého se objevily další vynálezy, jako stejnosměrný motor, alternátor, synchronní motor, rotační měnič.

Dynamo se skládá ze statoru, který vytváří konstantní magnetické pole a sady rotujících vinutí, která se v tomto poli točí. Na malých strojích by mohlo být konstantní magnetické pole vytvořeno pomocí permanentních magnetů, na velkých strojích je konstantní magnetické pole vytvářeno jedním nebo více elektromagnety, jejichž vinutí se obvykle nazývá budicí vinutí.

Velká výkonná dynama jsou dnes už jen zřídka vidět kdekoli, kvůli větší univerzálnosti použití střídavého proudu na napájecích zdrojích a elektronických polovodičových DC-AC měničích. Než však byl objeven střídavý proud, byla obrovská dynama produkující stejnosměrný proud jediným způsobem výroby elektřiny. Dynama jsou nyní vzácností.

Jiné elektrické generátory využívající rotaci

Bez komutátoru je dynamo příkladem alternátoru. S elektromechanickým komutátorem je dynamo klasický stejnosměrný generátor. Alternátor musí mít vždy konstantní otáčky rotoru a musí být synchronizován s ostatními generátory v rozvodné síti. Stejnosměrný generátor může pracovat při libovolné frekvenci rotoru v rámci povolených limitů, ale generuje stejnosměrný proud.

READ
DIY dřevěné zahradní figurky - mistrovská třída

MHD generátor

Magnetohydrodynamický generátor přímo vyrábí elektřinu z energie plazmatu pohybujícího se magnetickým polem bez použití rotujících částí. Vývoj generátorů tohoto typu začal proto, že produkuje vysokoteplotní produkty spalování, které lze využít k ohřevu páry v elektrárnách s kombinovaným cyklem a tím ke zvýšení celkové účinnosti.

Klasifikace

  • Elektromechanické
    • Indukce

    Elektromechanické indukční generátory

    K dnešnímu dni je nejběžnějším typem indukční elektromechanický generátor. Tento typ generátoru využívá převážná většina tepelných, hydraulických, větrných, jaderných, přílivových, geotermálních elektráren a také některé solární elektrárny.

    Elektromechanický generátor Je to elektrický stroj, který přeměňuje mechanickou práci na elektrickou energii.

Rating
( No ratings yet )
Like this post? Please share to your friends:
postandbeam.cz
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: