Виды электрических генераторов и принципы их работы

Генераторы переменного тока представляют собой электромашинные агрегаты, выполняющие преобразование механической энергии в электрическую, имеющую переменное поле.

Принцип работы генераторов переменного тока

Принцип действия генераторов переменного тока заключается в использовании в их конструкции специальной системы, посредством которой и получается большой магнитный поток.

В основу конструкции системы включены два сердечника, для изготовления которых используется электротехническая сталь. Пазы одного из элементов предназначены для размещения обмотки, отвечающей за создание магнитного потока, пазы другого отвечают за индукцию ЭДС.

Как правило, внутренний сердечник вращается по горизонтальной или вертикальной орбите и носит название ротора. Статор или второй сердечник остается неподвижным. Уменьшение пространства между этими элементами приводит к увеличению индуктивности магнитного потока.

Основные виды генераторов переменного тока

Виды электрических генераторов и принципы их работы

Существуют асинхронные и синхронные модели. Их основным отличием является конструкция ротора.

В синхронных генераторах переменного тока индуктивные катушки размещены сразу же на самом роторе, в асинхронных на валу предусмотрены пазы, необходимые для размещения обмотки.

Основным эксплуатационным отличием этих типов является то, что синхронные способны выдать на непродолжительное время ток высокой пусковой мощности, которая в несколько раз превышает номинальную.

В этом плане параметры асинхронных моделей несколько скромнее.

Однако при этом производимое ими электричество имеет малые искажения, благодаря чему широко применяются в решении задач по освещению или энергоснабжению бытовой техники.

Очевидно, что потребителей главным образом в плане создания бесперебойного энергоснабжения интересуют устройства, способные соответствовать этому требованию. Для чего и используются именно бытовые генераторы, которые классифицируются по фазности нагрузки, потребляемым энергоресурсам и мощности.

Также основными параметрами генераторов переменного тока являются:

  • мобильность
  • непритязательность
  • надежность
  • простые рекомендации в эксплуатации

Также генераторы переменного тока можно классифицировать по используемым видам топлива. В качестве энергоносителей используются дизельное топливо, природный и биогаз, а также аналогичное сырье, получаемое при переработке химических отходов и хозяйственно-бытовых сточных вод.

Критерии выбора генератора переменного тока

  1. Режим работы. Эти устройства способны работать бесперебойно или как резервный источник очень продолжительное время.
  2. Номинальная мощность. Чтобы установить этот показатель следует сложить активные (коэффициент запаса 1,1) и реактивные (коэффициент запаса 2) мощности всех подключаемых потребителей. Если подключаются мощные нагрузки, то потребуются дополнительные устройства, способные сгладить высокие пусковые токи.
  3. Фазность нагрузки. Для однофазных потребителей требуются соответствующие модели, для трехфазных лучше использовать такие же генерирующие устройства. Однако крайне важно произвести максимально точный расчет нагрузки на каждую фазу, чтобы избежать «перекоса фаз».
  4. Надежность. Во многом зависит от производителя и используемых в сборке компонентов. Важно соблюдать и рекомендации по использованию расходных материалов и топлива.
  5. Финансовые затраты. Генератор переменного тока имеет различную стоимость, что позволяет подобрать модель в соответствии с любыми запросами.

Электрический генератор

Электрогенераторы в начале XX века. Гиндукушская ГЭС, на реке Мургаб, бывшая во время ввода в эксплуатацию мощнейшей в Российской империи. Сделано в Венгрии: Компания Ганц, 1909 год.[1] Фотография Прокудина-Горского, 1911 год.
У этого термина существуют и другие значения, см. Генератор.
Основная статья: Электрическая машина
Запрос «Альтернатор» перенаправляется сюда. На эту тему нужно создать отдельную статью
(см. иноязычные аналоги).

Электри́ческий генера́тор — устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

История

Динамо-машина Йедлика

В 1827 венгерский физик Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершён между 1853 и 1856 годами) и стационарная, и вращающаяся части были электромагнитные.

Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора.

Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.

Диск Фарадея

Диск Фарадея

В 1831 году Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток.

Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле.

Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска.

Позднее в униполярных генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких магнитов, распределённых по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.

Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.

Однако, последние достижения (редкоземельные магниты), сделали возможными униполярные двигатели с магнитом на роторе, и должны внести много усовершенствований в старые конструкции.

Динамо-машина

Динамо-машины больше не используются для выработки электроэнергии из-за их размеров и сложности коммутаторов. Эта большая приводимая в действие ременной передачей сильноточная динамо-машина выдавала ток 310 ампер и напряжение 7 вольт или 2170 ватт, когда вращалась с частотой 1400 об/мин.
Основная статья: Динамо-машина

Динамо-машина стала первым электрическим генератором, способным вырабатывать мощность для промышленности. Её работа основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первую динамо-машину построил Ипполит Пикси в 1832 году.

Пройдя ряд менее значимых открытий, динамо-машина стала прообразом, из которого появились дальнейшие изобретения, такие как двигатель постоянного тока, генератор переменного тока, синхронный двигатель, роторный преобразователь.

Динамо-машина состоит из статора, который создаёт постоянное магнитное поле, и набора обмоток, вращающихся в этом поле. На маленьких машинах постоянное магнитное поле могло создаваться с помощью постоянных магнитов, у крупных машин постоянное магнитное поле создаётся одним или несколькими электромагнитами, обмотки которых обычно называют обмотками возбуждения.

Большие мощные динамо-машины сейчас можно редко где увидеть, из-за большей универсальности использования переменного тока в сетях электропитания и электронных твердотельных преобразователей постоянного тока в переменный. Однако до того, как был открыт переменный ток, огромные динамо-машины, вырабатывающие постоянный ток, были единственной возможностью для выработки электроэнергии. Сейчас динамо-машины являются редкостью.

Обратимость электрических машин

Русский учёный Э. Х.

Ленц ещё 1833 году указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если её питать током, и может служить генератором электрического тока, если её ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838 году Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 году парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжёлый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укреплённых неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток.

Генератор был снабжён устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843 году, был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси.

Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851 года) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851—1867) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами.

Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863 году.

При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты.

Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением даёт ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя.

В 1866—1867 годах ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

В 1870 году бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретённый ещё в 1860 году А. Пачинотти.

В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укреплённый на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря.

Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводился с помощью металлических щёток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873 году демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединённые проводами длиной 1 километр.

Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос.

Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики.

Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой.

Заряды вырабатывались, используя один из двух принципов:

  • электростатическую индукцию
  • трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков
Читайте также:  Мастерская радиолюбителя - инструменты, материалы и измерительные приборы для работы

По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.

Другие электрические генераторы, использующие вращение

Без коммутатора динамо-машина является примером генератора переменного тока. С электромеханическим коммутатором динамо-машина — классический генератор постоянного тока.

Генератор переменного тока должен всегда иметь постоянную частоту вращения ротора и быть синхронизирован с другими генераторами в сети распределения электропитания.

Генератор постоянного тока может работать при любой частоте ротора в допустимых для него пределах, но вырабатывает постоянный ток.

МГД генератор

Магнитогидродинамический генератор напрямую вырабатывает электроэнергию из энергии движущейся через магнитное поле плазмы или другой подобной проводящей среды (например, жидкого электролита) без использования вращающихся частей.

Разработка генераторов этого типа началась потому, что на его выходе получаются высокотемпературные продукты сгорания, которые можно использовать для нагрева пара в парогазовых электростанциях и таким образом повысить общий КПД.

МГД генератор является обратимым устройством, то есть может быть использован и как двигатель.

Классификация

  • Электромеханические
    • Индукционные
    • Электрофорная машина
  • Термоэлектрические
    • Термопары
    • Термоэмиссионные преобразователи
  • Фотоэлементы
  • Магнитогидро (газо)динамические генераторы
  • Химические источники тока
    • Гальванические элементы
    • Топливные элементы
  • Биогенераторы

Электромеханические индукционные генераторы

Электромеханический генера́тор — это электрическая машина, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.

E
=

d
Φ

d
t

{displaystyle E=-{frac {dPhi }{dt}}}

 — устанавливает связь между ЭДС и скоростью изменения магнитного потока

Φ

{displaystyle Phi }

пронизывающего обмотку генератора.

Классификация электромеханических генераторов

  • По типу первичного двигателя:
    • Турбогенератор — электрический генератор, приводимый в движение паровой турбиной или газотурбинным двигателем;
    • Гидрогенератор — электрический генератор, приводимый в движение гидравлической турбиной;
    • Дизель-генератор — электрический генератор, приводимый в движение дизельным двигателем;
    • Ветрогенератор — электрический генератор, преобразующий в электричество кинетическую энергию ветра;
  • По виду выходного электрического тока:
    • Трёхфазный
    • Однофазный
  • Вид соединения обмоток:
    • С включением обмоток звездой
    • С включением обмоток треугольником
  • По способу возбуждения
    • С возбуждением постоянными магнитами
    • С внешним возбуждением
    • С самовозбуждением
      • С последовательным возбуждением
      • С параллельным возбуждением
      • Со смешанным возбуждением

См. также

  • Тахогенератор
  • Униполярный генератор

Примечания

  1. Studiolum:. Abraham Ganz at the Hindukush (англ.). Архивировано 1 октября 2015 года.

Ссылки

  • Униполярный генератор, Компьютерра
  • Конструкции электрических машин
Для улучшения этой статьи желательно:

  • Проставив сноски, внести более точные указания на источники.

Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

Виды генераторов электрического тока

Главная » Статьи » Виды генераторов электрического тока

Генераторы представляют собой устройства, которые преобразуют механическую энергию в электрическую. Как правило, они производят электрический ток двух видов – постоянный и переменный.

Генераторы постоянного и переменного тока

Если рассматривать генератор постоянного тока, то в его состав его конструкции входит неподвижный статор с вращающимся ротором и дополнительной обмоткой. За счет движения ротора вырабатывается электрический ток. Генераторы постоянного тока в основном используются в металлургической промышленности, морских судах и общественном транспорте.

Генераторы переменного тока вырабатывают энергию за счет вращения ротора в магнитном поле. Путем вращения прямоугольного контура вокруг неподвижного магнитного поля, механическая энергия преобразуется в электрический ток. Данный вид генератора имеет преимущество в том, что ротор (основной движущий элемент) вращается быстрее, чем в генераторах переменного тока.

Синхронные и асинхронные генераторы

Генераторы, вырабатывающие переменный ток бывают синхронными и асинхронными. Они отличаются друг от друга своими возможностями. Мы не будем подробно рассматривать их принцип работы, а остановимся лишь на некоторых особенностях.

Синхронный генератор конструктивно сложнее асинхронного, вырабатывает более чистый ток и при этом легко переносит пусковые перегрузки.

Синхронные агрегаты отлично используются для подключения техники, которая чувствительно реагирует на перепады напряжения (компьютеры, телевизоры и различные электронные устройства).

Также, отлично справляются с питанием электродвигателей и электроинструментов.

Асинхронные генераторы, благодаря простоте конструкции достаточно стойки к короткому замыканию. По этой причине они используются для питания сварочной техники и электроинструментов. К данным агрегатам ни в коем случае нельзя подключать высокоточную технику.

Однофазные и трехфазные генераторы

Необходимо учитывать характеристику, связанную с типом вырабатываемого тока. Однофазные модели выдают 220 В, трехфазные — 380 В. Это очень важные технические параметры, которые необходимо знать каждому покупателю.

Однофазные модели считаются самыми распространенными, поскольку часто используются для бытовых нужд. Трехфазные позволяют напрямую снабжать электроэнергией крупные промышленные объекты, здания и целые поселки.

Перед покупкой генератора, необходимо владеть определенной технической информацией, понимать, чем они отличаются, поскольку это поможет Вам выбрать достойную модель, конкретно для ваших нужд, а также избавиться от лишних хлопот и сэкономить средства.

Компания «ООО «Кронвус-Юг»» реализует и изготавливает бензиновые, дизельные, и газовые электростанции, которые вы можете купить по выгодной цене.

Виды генераторов (электростанций): Дизельные, бензиновые, газовые, портативные, передвижные

Использование энергетических ресурсов нуждается в преобразовании одних форм энергии в другие. Устройства, в которых такое преобразование происходит, являются преобразователями энергии.

Данное преобразование, как правило, включает в себя промежуточную стадию: энергия простого носителя предварительно преобразуется в механическую, а после этого полученная механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

Энергетический преобразователь, преобразующий механическую энергию в электрическую энергию или наоборот, называется электрической машиной.

Электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую энергию, называются электрическим генератором.

Любая электрическая машина является электромагнитным устройством, которое включает в себя взаимозависимые магнитные и электрические цепи.

Если встал вопрос, как выбрать электростанцию или генератор, то нужно учитывать множество факторов:

  • мощность,
  • время непрерывной работы,
  • вид топлива,
  • производителя и т.д.

Ниже приведена классификация генераторов по различным параметрам.

По типу первичного двигателя промежуточной стадии электрические генераторы бывают:

  • турбогенераторами, приводимыми в движение газотурбинным двигателем;
  • гидрогенераторами, приводимыми в движение гидравлической турбиной;
  • дизель-генераторами, бензо-генераторами, газогенераторами, приводимыми в движение двигателем внутреннего сгорания;
  • ветрогенераторами, приводимыми в движение энергией ветра.

По виду выходного электрического тока бывают электрические генераторы:

  • Постоянного тока. Их принцип действия основан на законе электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году, — электродвижущая сила индуцируется в прямоугольном контуре, который находится в однородном вращающемся магнитном поле. Преобразование в постоянный ток осуществляется посредством электромеханического выпрямителя – коллектора.
  • Переменного тока. В основе их действия также лежит закон электромагнитной индукции. Поток электрических зарядов вызван перемещением электрического проводника. Это движение создает разность напряжений между двумя концами провода, что в свою очередь заставляет двигаться электрические заряды, таким образом, генерируя электрический ток.

По мобильности:

  • Портативные (переносные). Такой тип генератора является одним из наиболее эффективных и удобных решений вопроса резервного электроснабжения загородного дома, обеспечения электричеством в туристическом походе, улучшения условий проживания в длительных путешествиях и экспедициях. Если необходим независимый источник питания, и вы не знаете, как выбрать генератор бензиновый, то первое, что нужно учесть, что его мощность колеблется в пределах от 0,5 до 12 кВт и для крупных объектов не подходит. Хотя малый вес и экономичность делает его популярным резервным источником питания. Эти генераторы оснащены двигателями с воздушным охлаждением.
  • Передвижные. Для такого типа генератора не требуется специальное помещение и монтаж. Оборудование имеет постоянную готовность к срочной эксплуатации. Установка на шасси позволяет доставить оборудование (прицепную электростанцию) в труднодоступную точку, где нет электричества.
  • Стационарные генераторы и электростанции. Применяются для бесперебойной подачи электрической энергии значительных мощностей. Не подлежат транспортировке и имеют постоянное место нахождения. Используются на строительных площадках, различных промышленных объектах непрерывного производства, в торговых центрах и проч. Такие генераторы имеют жидкостное охлаждение с использованием антифриза (радиаторное охлаждение).

В свою очередь стационарные генераторы бывают закрытого и открытого типа (закрытый тип имеет шумопоглощающий всепогодный кожух, открытый тип может быть установлен в помещении, где нет ограничений по уровню шума).

По назначению:

  • Бытовые. Из-за способности эффективного обеспечения электрической энергией не более 8 часов в сутки, бытовые генераторы используются как резервный источник при кратковременных отключениях электроэнергии централизованными линиями электропередач на дачах, в загородных домах, на небольших производствах. Зачастую эти устройства бывают бензиновыми, весят от 25 до 200кг, просты в обслуживании, имеют небольшие габариты.
  • Профессиональные. Предназначены для интенсивного использования на крупных объектах (больницах, супермаркетах, стройплощадках, промышленных предприятиях), а также в жестких условиях эксплуатации. Могут работать в качестве как основных, так и резервных источников электроэнергии. Имеют большой моторесурс.

По применению:

  • Резервные. Используются как резервные источники электроэнергии (при аварийном или временном отключении электричества).
  • Основные. Используются там, где вообще отсутствует электроснабжение.

По числу фаз:

  • Однофазные. Подходят для подключения только однофазных потребителей с нагрузкой 220В.
  • Трехфазные. Этот тип генератора может выдавать как 220В, так и 380В. Он используется для подключения трехфазных потребителей, а также может быть подключен к 1-фазным потребителям, но в этом случае необходимо равномерное распределение нагрузки между фазами (разница мощностей на разных фазах не должна отличаться на 20-25%). Трехфазные дизельные генераторы имеют больший КПД по сравнению с однофазными бензиновыми.

По виду пуска или степени автоматизации:

  • Ручной. Запускается пусковой рукояткой.
  • Электростартерный или автоматический. Запускается поворотом ключа или нажатием на кнопку. Также может иметь дистанционный запуск пультом, соединенным с генератором кабелем.

По виду топлива в двигателе внутреннего сгорания:

  • Бензиновые. Работают на высокооктановых сортах бензина. Расход топлива составляет 1-2,5 л в час. Предел непрерывной работы – 12 часов, в связи с чем не используются в качестве полной замены электроснабжению, но купить электростанцию на бензине для аварийного и резервного источника с небольшими мощностями – оптимальный вариант. Бензиновые генераторы просты в эксплуатации, с низким уровнем шума, однако имеют низкий КПД по сравнению с дизельными аналогами.
  • Дизельные. Работают на дизельном дистиллятном и остаточном топливе. Благодаря обеспечению низкой стоимости вырабатываемой электроэнергии имеют быструю окупаемость. Расход топлива составляет 2-3 л в час. Несмотря на большую стоимость по сравнению с бензиновыми установками, этот тип генераторов экономичнее, имеет больший моторесурс, может работать в суровых условиях с сильной запыленностью и при низких температурах. Купить генератор дизельный – значит обеспечить объект оборудованием, рассчитанным на интенсивное использование.
  • Газовые. Работают на пропан-бутановых смесях и природном газе. Требуют врезку к газовой магистрали или периодическую замену баллона. Отличаются стабильной, надежной и экономичной работой, выдают мощности в диапазоне от 1,5 кВт до десятков тысяч, в результате чего используются на объектах с высоким энергопотреблением. Из-за низкого давления на поршень двигателя, установка работает бесшумно и без вибраций, полное сгорание газа обеспечивает чистоту выхлопа. Особенность: запуск двигателя может быть только при плюсовых температурах, поэтому генератор должен устанавливаться в отапливаемых помещениях.

По производителю

Дизельные: Honda, Kubota, Yamaha (Япония), John Deer (США), Hatz (Германия), Perkins (Великобритая) и др. Продукцию Hondа отличает бесшумность работы и долговечность двигателя. Бензиновые: Mecc Alte, Sincro, Soga (Италия), Stamford (Великобритания) и др. Синхронные генераторы Mecc Alte отличаются высочайшим качеством, безопасностью и надежностью.

Наличие собственного, независимого источника электроэнергии – важное дополнение к техническому оборудованию частного домовладения или предприятия. Электрогенератор решает многие проблемы, связанные с электроснабжением. Правильная эксплуатация и должное сервисное обслуживание позволит использовать электростанции многие годы.

Электрический генератор. Основное оборудование электрических станций и подстанций

Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

История изобретения генератора электрического тока

Русский ученый Э.Х.Ленц еще в 1833г.

указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если ее питать током, и может служить генератором электрического тока, если ее ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток.

Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси.

Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами.

Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863г.

При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты.

Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866-1867гг.

ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

В 1870г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г.А.Пачинотти.

В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря.

Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км.

Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос.

Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой.

Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:

  • Электростатическую индукцию
  • Трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков

По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.

Принцип работы любого электрического генератора

Принцип работы любого электрического генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция преобразовывает механическую энергию двигателя (вращение0 в энергию электрическую.

Принцип магнитной индукции: если в однородном магнитном поле В равномерно вращается рамка, то в ней возникает, переменная Э.Д.С., частота которой равна частоте вращения рамки.

Будем ли мы вращать рамку в магнитном поле, или магнитное поле вокруг рамки, либо магнитное поле внутри рамки, результат будет один — Э.Д.С., изменяющаяся по гармоническому закону.

Вот теперь и поговорим о асинхронном и синхронном генераторе более подробно.

Синхронный электрогенератор

Синхронный электрогенератор — это синхронная машина, работающая в режиме генератора в которой частота вращения магнитного поля статора равна частоте вращения ротора. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. В синхронном генераторе ротор выполнен виде постоянного магнита или электромагнита.

Число полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но кратно двум. В бытовых электростанциях используется, как правило, ротор с двумя полюсами, чем и обусловлена частота вращения двигателя электростанции 3000 об/мин. Ротор, при запуске электростанции, создает слабое магнитное поле, но с увеличением оборотов, увеличивается и ЭДС в обмотке возбуждения.

Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки (AVR) поступает на ротор, контролируя выходное напряжение за счет изменения магнитного поля. Например, подключенная индуктивная нагрузка размагничивает генератор и снижает напряжение, а при подключении емкостной нагрузки происходит подмагничивание генератора и повышение напряжения.

Это называется «реакцией якоря».

Для обеспечения стабильности выходного напряжения необходимо изменять магнитное поле ротора путем регулирования тока в его обмотке, что и обеспечивается блоком AVR.

Преимуществом таких генераторов является высокая стабильность выходного напряжения, а недостатком — возможность перегрузки по току, так как при завышенной нагрузке, регулятор может чрезмерно повысить ток в обмотке ротора. Еще к недостаткам синхронного генератора можно отнести наличие щеточного узла, который рано или поздно придется обслуживать.

Благодаря такому способу регулировки, вне зависимости от изменения тока нагрузки и оборотов двигателя электростанции стабильность выходного напряжения генератора остается очень высокой, примерно ±1%.

Асинхронный электрогенератор

Асинхронный электрогенератор — асинхронная машина (двигатель) работающая в режиме торможения, ротор которой вращается с опережением, но в том же направлении что и магнитное поле статора. В зависимости от типа обмотки, ротор может быть короткозамкнутым либо фазным.

Вращающееся магнитное поле, созданное вспомогательной обмоткой статора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке статора, так же как и в синхронном генераторе.

Вращающееся магнитное поле остается всегда неизменным и не регулируемо, вследствие чего напряжение и частота на выходе генератора зависит от частоты оборотов ротора, а следовательно от стабильности работы двигателя электростанции.

Несмотря на простоту обслуживания, малую чувствительность к короткому замыканию и невысокую стоимость, асинхронные генераторы применяются достаточно редко, так как имеются ряд недостатков: асинхронный генератор всегда потребляет намагничивающий ток значительной силы, поэтому для его работы необходим источник реактивной мощности (конденсаторы), зависящий от активно-индуктивного характера нагрузки; ненадежность работы в экстремальных условиях; возбуждение асинхронного генератора зависит от случайных факторов и происходит, как правило, при скорости превышающей или равной синхронной; зависимость выходного напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя и т.д.

Устройство генератора

Основными частями любого генератора являются: система магнитов (или, чаще всего, электромагнитов), создающих магнитное поле, и система проводников, пересекающих это магнитное поле.

При пропускании магнитного поля через катушку магнитный поток принудит свободные электроны сместиться на концы проводника. Подобное смещение отрицательно заряженных частиц становится источником возникновения электродвижущей силы — ЭДС (напряжение).

В результате у генератора при вращении его оси идёт постоянное воздействие магнитного потока на обмотки, на которых и возникает ЭДС.

Составные части генератора:

  • коллектор,
  • щетки,
  • магнитные полюса,
  • витки,
  • вал,
  • якорь.

Принцип действия генератора

Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС. Следовательно, такой проводник можно использовать как источник электрической энергии.

Виды генераторов

  • электрогенераторы,
  • бензогенераторы,
  • дизельгенераторы,
  • инверторные генераторы.

Применение

Генераторы используются во многих сферах жизнедеятельности и производства, при различных условиях. Бензогенераторы незаменимы в случае отключения электричества в небольших загородных домах и дачах.

Кроме того, их удобно применять в тех местах, где нет электроэнергии (отдаленные районы, горы, леса). Дизельные генераторы применяется в качестве основного или резервного источника электропитания. Инверторные генераторы незаменимы как источник дополнительного питания для электронного оборудования.

Такие электростанции исспользуются организациями, использующими различную электронную технику.



Основные виды генераторов и принципы их работы

Генератор — прибор, который вырабатывает электроэнергию за счет преобразования ее из механической энергии ДВС, ротора или турбины. Эти устройства бывают двух видов — генератор переменного тока и постоянного.

Генератор переменного тока использует в работе магнитное поле вращения (электромагнитную индукцию).

То есть, он оснащен ротором, за счет вращательных движений которого в магнитном поле происходит выработка электроэнергии.

Такой генератор имеет некоторое преимущество, и заключается оно в том, что движущий элемент устройства (ротор) совершает вращающиеся движения намного быстрее, чем в генераторе постоянного тока.

Генератор переменного тока может быть синхронным и асинхронным. На сегодняшний день практически везде используются синхронные устройства. Наиболее популярными являются трехфазные, так как они имеют более высокие качественные и эксплуатационные характеристики, нежели однофазные. 

Более мощные генераторы используются, как правило, на электрических станциях, а те, которые не отличаются особой силой, прекрасно служат для автономного электроснабжения, устанавливаются в преобразователях частоты (дизель-генератор), автомобилях или на морском транспорте.

Дизель-генератор — устройство, состоящее из генератора электрического тока и электродвигателя, которые соединяются друг с другом. Оно служит для преобразования одного вида тока в другой (как правило, переменного в постоянный). И, кроме того, используется для преобразования частоты тока и числа фаз.

Дизель-генератор устанавливали, например, на металлургических производствах, для питания электролитических ванн и проч. Но с 60-х годов прошлого века эти устройства практически везде заменены на более совершенные и экономичные статические полупроводниковые преобразователи.

Устройство, преобразовывающее механическую энергию в постоянный ток за счет, опять же, вращения двигателя или ротора — это генератор постоянного тока. Но он сложнее, его вес и стоимость намного больше, чем генератора переменного тока.

Применяется генератор постоянного тока, в основном, в тех отраслях, в которых предпочтительным или необходимым является именно переменный ток. Например, это — предприятия металлургии и электролизной промышленности.

Часто генератор постоянного тока используется на электростанциях в качестве возбудителя цепи синхронных генераторов или основного источника энергии, а также находит применение на транспорте и морских судах.

Генератор. Его специфика и принцип работы

Генератор – это устройство, которое преобразует механическую энергию, полученную от внешнего источника, в исходную электрическую энергию.

Необходимо знать, что генератор вовсе не “производит” электрическую энергию. На самом деле прибор применяет механическую энергию, которая подается к нему, чтобы направить электрические заряды, движущиеся в проводе, через внешнюю электрическую цепь.

Эта совокупность электрических зарядов составляет выходной электрический ток, подаваемый генератором.

Рабочий механизм такого устройства понятен, если учитывать то, что генератор является аналогом водяного насоса, что способствует потоку воды, однако не «производит» воду, которая движется сквозь него.

Нововведенные генераторы выполняют свою работу исходя из принципа электромагнитной индукции, впервые исследованной Майклом Фарадеем.

Изобретатель сделал открытие, согласно которому заряженный электрический поток может быть спровоцирован переносом непосредственного руководителя электроэнергии, такого как проволока с электрическим зарядом, к центру магнитного поля.

Это перемещение генерирует различное напряжение между двумя концами проволоки или электропроводника, что провоцирует электрические заряды, которые в дальнейшем будут производить электрический ток.

Основные составляющие генератора:

  1. Двигатель
  2. Генератор переменного тока
  3. Топливная система
  4. Регулятор напряжения
  5. Системы охлаждения и выхлопа
  6. Смазочная система
  7. Зарядное устройство
  8. Панель управления
  9. Каркас

1. Двигатель является основой механической энергии, поставляемой к генератору. Размер двигателя прямо пропорционален максимальному объёму выходной энергии, которую способен обеспечить генератор.

К тому же, топливо, используемое в двигателях, зависит от габаритов самого устройства.

Двигатели малой емкости функционируют на дизельном топливе, а большие двигатели – на природном газе, бензине, а также на пропане в сжиженной или газообразной форме.

Кроме того, внутри цилиндра двигателя есть специальный чехловой рукав в качестве своеобразной обшивки, что, в свою очередь, предотвращает износ внутренней конструкции.

Ученые создали еще один вид двигателя с расположением клапанов сверху. Такая конструкция не похожа на другие виды двигателей, поскольку впускные и выпускные клапаны расположены в передней части цилиндра.

Такие двигатели удобны в использовании благодаря компактному дизайну, легкому принципу работы, массивности каркаса, низких уровнях шума и загрязнения окружающей среды в процессе работы.

Однако, стоимость двигателей такого качества значительно выше других.

2. Генератор переменного тока – это один из элементов генератора, который преобразует механическую входную энергию двигателя в электрическую выходную.

В нем содержатся стойкие и движущиеся детали, что в дальнейшей работе вызывает движение между магнитным и электрическим полями, которые создают электрическую энергию, а его металлический корпус обеспечивает долговечность устройства.

Примером неподвижной детали есть статор. В нем содержится скопление проводников электроэнергии, намотанных на катушки. Ротор – движущийся компонент, который вращается внутри магнитного поля благодаря индукции магнитов источника постоянного тока.

3. Топливная система. Стандартный топливный бак с достаточной емкостью и мощностью может обеспечить работу генератора на протяжении 6-8 часов. Трубы топливного бака и двигателя соединены между собой.

По ним топливо поступает из бака к двигателю (линия подачи), а затем из двигателя в резервуар (линия отдачи). Вентиляционная труба предотвращает накопление давления или вакуума установки.

Переливная труба в качестве посредника между топливным баком и дренажной трубой не позволяет переполнять бак при заправке и предупреждает попадание жидкости на генератор. Электрический топливный насос поставляет топливо из резервуара к дневному баку.

Фильтр очищает топливо от воды и примесей во избежание коррозии и загрязнения. Распылитель топлива распределяет необходимый объём топлива в камеру сгорания двигателя.

4. Регулятор напряжения настраивает выходное напряжение генератора и превращает его переменный ток в постоянный.

Затем регулятор напряжения направляет этот постоянный ток на подборку вторичных обмоток в статоре, которые в свою очередь провоцируют поток переменного тока.

В данных обмотках содержатся выпрямители тока, которые отвечают за конвертирование тока в постоянный. Этот поток постоянного тока подается к ротору (установке) для создания переменного тока соответственно.

Этот цикл длится до момента производства генератором выходного напряжения, равного его полной рабочей способности. В условиях большей емкости генератора, регулятор напряжения генерирует меньший поток переменного тока. Когда генератор работает на полную мощность, этот регулятор вызывает достаточный поток постоянного тока для поддержания генератора при полном ходе работы.

5. Система охлаждения. При непрерывном процессе работы генератора (обязательно в хорошо проветриваемом помещении), его составляющие в определенной степени нагреваются.

Для этого и необходима система охлаждения и вентиляции, чтобы удалить тепло, которое накопилось во время рабочего цикла.

Для охлаждения обычно применяют пресную воду или водород, которые изымают тепло из генератора и транспортируют его по теплообменнику ко вторичной обмотке, в ней содержится химическая формула Н2О с минералами в качестве охладителя.

Система выхлопа. Выхлопные газы, выделяемые генератором, подобные тем, что возникают в дизельных или газовых двигателях и содержат ядовитые токсичные вещества.

Поэтому, необходимо обеспечить дизельный генератор выхлопной системой высокого качества для утилизации опасных газов во избежание смерти на предприятиях в результате удушения чадным газом.

Составляющие элементы стандартных выхлопных труб – это чугун, кованое железо или сталь для большей безопасности.

6. Смазочная система. Так как внутри генератора имеются движущиеся детали, для этого них необходима регулярная смазка специальными маслами для долговечности и плавного скольжения по внутренней конструкции генератора.

7. Зарядное устройство. Запуск генератора осуществляется при помощи батареек, а его зарядка – при помощи автоматического аккумулятора. Если напряжение при зарядке выше нормы, это сокращает продолжительность работы аккумулятора. Нержавеющая сталь, из которой изготавливаются такие зарядные устройства, останавливает процесс коррозии.

8.

На панели управления отображаются различные приложения, датчики параметров двигателя, которые включают в себя давление масла, температуру теплоносителя, напряжение аккумулятора, скорость вращения двигателя и срок службы, датчики генератора, а именно счетчики для измерения выходного тока и напряжения, рабочей частоты, а также автоматический включение и отключение. Другие элементы управления представляют собой переключатель фазового селектора, частотный выключатель и переключатель управления двигателем на ручной или автоматический режим.

9. Каркас. Дизельные генераторы покрыты заземленным прочным корпусом для обеспечения крепления всех частей.

Преимущества дизельных генераторов

Дизельные генераторы устанавливают непрерывный равномерный поток напряжения на других устройствах, позволяют регулировать колебания.

Они изготавливаются для стабильного использования и имеют меньшее количество подвижных частей в отличие от других типов генераторов. А значит, для них не обязательное постоянное техническое обслуживание и ремонт.

Дизельные генераторы экономнее бензиновых. Это обеспечивает более длинную продолжительность рабочего цикла при одинаковой мощности.

Дизельное топливо дешевле, чем бензин, потому дизельные генераторы дешевле в использовании. Частично это связано с тем, что дизельные двигатели не содержат в себе свечи зажигания или карбюраторы. Главным постоянным требованием к обслуживанию дизельного двигателя является регулярная смена масла.

Также одним из преимуществ таких видов генератора является его долговечность. В отличие от бензинового генератора, дизельный работает на 3 года дольше. Кроме того, дизельное топливо менее легковоспламеняющееся по сравнению с бензином.

Во избежание потенциальных убытков

Одной из самых распространенных причин повреждения дизельных генераторов является их недостаточная загруженность. То есть, дизельные генераторы работают более продуктивно именно при полной мощности. Во время выполнения задач на низкой мощности они способны выделять углекислый газ.

В результате сажа и остатки от неиспользованного топлива могут скапливаться, что негативно влияет на поршневые кольца генератора. Во избежание этого, необходимо использовать генератор примерно на 70% от максимальной нагрузки.

Хотя эти генераторы составляют высокую стоимость, однако они являются надежным источником электроэнергии, что значительно улучшит работу на предприятии.

Использование дизельных генераторов в промышленности:

  1. для энергообеспечения населенных пунктов, заводов, аэродромов и аэропортов;
  2. для обеспечения электроснабжением водного, железнодорожного видов транспорта и с/х техники;
  3. в качестве вспомогательного источника энергии для карьерных самосвалов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector