Генератори

Генератори — це пристрої, які перетворюють інші форми енергії на електричну. У 1832 році француз Біксі винайшов генератор.

Генератор складається з ротора та статора. Ротор розташований у центральній порожнині статора. Він має магнітні полюси на роторі для створення магнітного поля. Коли первинний двигун приводить ротор в обертання, передається механічна енергія. Магнітні полюси ротора обертаються з високою швидкістю разом з ротором, що призводить до взаємодії магнітного поля з обмоткою статора. Ця взаємодія призводить до того, що магнітне поле перетинає провідники обмотки статора, створюючи індуковану електрорушійну силу та тим самим перетворюючи механічну енергію на електричну. Генератори поділяються на генератори постійного струму та генератори змінного струму, які широко використовуються в промисловому та сільськогосподарському виробництві, національній обороні, науці та техніці, а також у повсякденному житті.

Структурні параметри

Генератори зазвичай складаються зі статора, ротора, торцевих кришок та підшипників.

Статор складається з осердя статора, дротяних обмоток, рами та інших конструктивних деталей, що фіксують ці деталі.

Ротор складається з обмотки сердечника ротора (або магнітного полюса, магнітного дроселя), захисного кільця, центрального кільця, контактного кільця, вентилятора та вала ротора, а також інших компонентів.

Статор і ротор генератора з'єднані та зібрані за допомогою підшипників і торцевих кришок, завдяки чому ротор може обертатися в статорі та здійснювати рух перерізання магнітних силових ліній, генеруючи таким чином індукований електричний потенціал, який виводиться через клеми та підключається до кола, а потім генерується електричний струм.

Функціональні особливості

Характеристики синхронного генератора характеризуються головним чином характеристиками роботи без навантаження та під навантаженням. Ці характеристики є важливими основами для вибору генераторів користувачами.

Характеристика без навантаження:Коли генератор працює без навантаження, струм якоря дорівнює нулю, цей стан називається роботою холостого ходу. У цей час трифазна обмотка статора двигуна має лише електрорушійну силу холостого ходу E0 (трифазна симетрія), індуковану струмом збудження If, і її величина збільшується зі збільшенням If. Однак ці дві величини не є пропорційними, оскільки магнітний контур двигуна насичений. Крива, що відображає залежність між електрорушійною силою холостого ходу E0 та струмом збудження If, називається характеристикою холостого ходу синхронного генератора.

Реакція арматури:Коли генератор підключено до симетричного навантаження, трифазний струм в обмотці якоря генерує інше обертове магнітне поле, яке називається полем реакції якоря. Його швидкість дорівнює швидкості ротора, і обидва обертаються синхронно.

Реактивне поле якоря синхронних генераторів та поле збудження ротора можна апроксимувати як розподілені за синусоїдальним законом. Їх просторова різниця фаз залежить від різниці фаз у часі між електрорушійною силою холостого ходу E0 та струмом якоря I. Крім того, поле реакції якоря також пов'язане з умовами навантаження. Коли навантаження генератора індуктивне, поле реакції якоря має розмагнічувальний ефект, що призводить до зниження напруги генератора. І навпаки, коли навантаження ємнісне, поле реакції якоря має намагнічувальний ефект, що збільшує вихідну напругу генератора.

Характеристики роботи навантаження:Це головним чином стосується зовнішніх характеристик та характеристик регулювання. Зовнішня характеристика описує зв'язок між напругою на клемах генератора U та струмом навантаження I за умови постійної номінальної швидкості, струму збудження та коефіцієнта потужності навантаження. Характеристика регулювання описує зв'язок між струмом збудження If та струмом навантаження I за умови постійної номінальної швидкості, напруги на клемах та коефіцієнта потужності навантаження.

Швидкість зміни напруги синхронних генераторів становить приблизно 20-40%. Типові промислові та побутові навантаження потребують відносно постійної напруги. Тому струм збудження необхідно відповідно регулювати зі збільшенням струму навантаження. Хоча тенденція зміни характеристики регулювання є протилежною зовнішній характеристиці, вона збільшується для індуктивних та чисто резистивних навантажень, тоді як для ємнісних навантажень вона зазвичай зменшується.

Принцип роботи

Дизельний генератор

Дизельний двигун приводить у дію генератор, який перетворює енергію дизельного палива на електричну енергію. Усередині циліндра дизельного двигуна чисте повітря, відфільтроване повітряним фільтром, ретельно змішується з дизельним паливом, розпиленим під високим тиском, що впорскується паливною форсункою. Коли поршень рухається вгору, стискаючи суміш, його об'єм зменшується, а температура швидко підвищується, доки не досягне точки займання дизельного палива. Це запалює дизельне паливо, що призводить до бурхливого згоряння суміші. Швидке розширення газів потім змушує поршень рухатися вниз, процес, відомий як «робота».

Бензиновий генератор

Бензиновий двигун приводить у дію генератор, який перетворює хімічну енергію бензину на електричну. Усередині циліндра бензинового двигуна суміш палива та повітря швидко згорає, що призводить до швидкого розширення об'єму, що змушує поршень рухатися вниз, виконуючи роботу.

Як у дизельних, так і в бензинових генераторах кожен циліндр працює послідовно в певному порядку. Сила, що діє на поршень, перетворюється шатуном на обертальну силу, яка приводить у рух колінчастий вал. Безщітковий синхронний генератор змінного струму, співвісно встановлений з колінчастим валом силового двигуна, дозволяє обертанню двигуна приводити в рух ротор генератора. Виходячи з принципу електромагнітної індукції, генератор потім створює індуковану електрорушійну силу, генеруючи струм через замкнене коло навантаження.