Generátor elektrického prúdu je zariadenie určené na premenu neelektrických druhov energie (chemickej, mechanickej, tepelnej) na elektrickú energiu. Jeho konštrukcia je navyše založená na použití princípu elektromagnetickej indukcie.
Princíp činnosti a zariadenie najjednoduchšieho alternátora
Elektromagnetická indukcia je jav, ktorý objavil v roku 1831 anglický fyzik Michael Faraday (1791-1867), ktorý zistil, že keď magnetický tok meniaci sa časom prechádza uzavretým vodivým obvodom, vytvára sa v ňom elektrický prúd. Práve tento princíp je základom každého generátora.
V praxi sa princíp elektromagnetickej indukcie realizuje nasledovne: elektrický prúd vzniká v uzavretom ráme (rotore), keď ho pretína rotujúce magnetické pole tvorené v závislosti od účelu a konštrukcie generátora permanentnými magnetmi alebo špeciálnymi magnetmi budiace vinutia. Pootočením rámu sa zmení veľkosť magnetického toku. Čím rýchlejšie sa točí, tým vyššie je výstupné napätie.
V roku 1827 maďarský fyzik Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) objavil tento efekt a použil ho na vytvorenie originálneho modelu generátora elektrického prúdu. Vedec však v presvedčení, že je slávny, patentoval svoj objav a vytvorenie prvého dynama oznámil až v roku 1850.
Na odvod elektrického prúdu je rám vybavený zberačom prúdu, ktorý ho premieňa na uzavretú slučku a zaisťuje stály kontakt otočného rámu so stacionárnymi prvkami generátora. Pružinové kefy sú stlačené proti kolektorovým krúžkom a tým je elektrický prúd dodávaný na výstupné svorky generátora.
Polovice rámu sa postupne otáčajú v blízkosti pólov magnetu. V tomto prípade dôjde k cyklickej zmene smeru pohybu vznikajúceho prúdu - na každom póle sa prúd pohybuje jedným smerom.
V závislosti na konštrukcii kolektora môže generátor produkovať jednosmerný aj striedavý prúd.
- V generátoroch na jednosmerný prúd sú pre každú polovicu vinutia v kolektorovej zostave navzájom izolované polkrúžky. Vďaka tomu, že sa tieto polkruhy pomocou kefiek neustále menia, prúd nemení svoj smer, ale jednoducho pulzuje.
- V alternátoroch sú konce rámu zviazané so zbernými krúžkami a celá táto konštrukcia sa otáča okolo svojej osi. Keď sa rám otáča, kefy, z ktorých každá tesne prilieha k vlastnému krúžku, poskytujú spoľahlivý spodný vodič. V takom prípade nedochádza k cyklickej zmene polohy kefiek.
Rotujúca časť generátora sa nazýva rotor a stacionárna časť sa nazýva stator.
Princíp činnosti alternátorov a generátorov jednosmerného prúdu je identický. Líšia sa navzájom konštrukciou zberacích krúžkov umiestnených na rotujúcom rotore a konfiguráciou vinutí.
V alternátoroch sa často používa originálne technické riešenie založené na skutočnosti, že EMF sa vyskytuje vo vodiči nielen vtedy, keď sa otáča v magnetickom poli, ale aj vtedy, keď sa magnetické pole samo otáča vzhľadom na stacionárny vodič.
Tento efekt široko využívajú vývojári, ktorí umiestňujú elektrické alebo permanentné magnety na rotujúci rotor. V tomto prípade je napätie odstránené zo stacionárneho inštalovaného vinutia, čo umožňuje zbaviť sa zložitých návrhov jednotiek na zber prúdu.
Generátory striedavého prúdu
- konštruktívny výkon;
- spôsob vzrušenia;
- počet fáz.
Podľa spôsobu excitácie sa spotrebiteľ môže stretnúť s jednotkami:
- s nezávislým budením - budiace vinutie je napájané jednosmerným prúdom z nezávislého zdroja energie;
- so samobudením - usmerňovací prúd zo samotného generátora sa dodáva do budiaceho vinutia;
- s budením z permanentných magnetov - nie je budiace vinutie;
- s budením z budiča - generátor jednosmerného prúdu s nízkym výkonom, „sediaci“ na rovnakom hriadeli s obsluhovaným generátorom.
Podľa počtu fáz sú elektrické generátory:
- jednofázový;
- dvojfázový;
- trojfázový.
V praxi sú najbežnejšie trojfázové alternátory. Je to spôsobené mnohými výhodami charakteristickými pre tento typ kameniva:
- získanie ekonomického účinku pri vývoji systémov na prenos elektrickej energie na veľké vzdialenosti - zníženie spotreby materiálu transformátorových zariadení a silových vodičov; To je uľahčené prítomnosťou kruhového magnetického poľa;
- zvýšená životnosť, ktorá zaisťuje rovnováhu systému;
- súčasné použitie sieťového a fázového napätia.
Štrukturálne má trojfázový elektrický generátor tri nezávislé vinutia umiestnené v statore v kruhu s odsadením 120 ° voči sebe. V tomto prípade je každé vinutie jednofázový generátor, ktorý je schopný dodávať spotrebiteľovi R striedavé napätie. Takéto jedno vinutie sa nazýva „fáza“. Fázové vinutia môžu byť vzájomne prepojené pomocou „delty“ alebo „hviezdy“.
Existujú aj ďalšie schémy na pripojenie vinutí, napríklad šesťvodičový systém Tesla alebo pripojenie Slavyanka (kombinácia šiestich vinutí v podobe jednej „hviezdy“ a jedného „trojuholníka“), ktoré sa však príliš nepoužívali.
Úlohu rámu v zariadeniach, ktoré generujú striedavý prúd, zohráva elektromagnet, ktorý pri otáčaní posúva striedavý EMF indukovaný vo vinutích o tretinu cyklu voči sebe navzájom.
Medzi mnohými alternátormi existujú dva hlavné typy ich konštrukcie: synchrónne a asynchrónne. Nedávno sa vzhľadom na veľké množstvo zložitých elektronických zariadení riadených mikroprocesormi objavil nový typ elektrického generátora - invertor.
Synchrónne generátory energie
Synchrónny alternátor je konštrukčne zložený z dvoch častí - pohyblivého rotora a pevného statora.
Keď sa rotor otáča, čo je elektromagnet s jadrom a budiacim vinutím, spojený s externým zdrojom energie pomocou kefového mechanizmu, vo vinutí statora sa indukuje EMF, ktorý sa privádza na výstupné svorky generátora. Táto konštrukcia eliminuje potrebu posuvných kontaktov, čo výrazne zjednodušuje konštrukciu jednotky. Magnetický tok je spočiatku budený z budiča tretej strany pripojeného k spoločnému hriadeľu a pripojeného k systému pomocou spojky.
V synchrónnych elektrických generátoroch s nízkym výkonom je budiace vinutie napájané usmerneným prúdom. V tomto prípade sa elektrický obvod vytvorí v dôsledku aktivácie transformátorov zahrnutých v záťažovom obvode. Súčasťou je aj polovodičový usmerňovač. Hlavný elektrický obvod obsahuje:
- budiace vinutie;
- nastavovací reostat.
Hlavným rysom synchrónneho generátora je, že frekvencia generovaného elektrického prúdu je úmerná rýchlosti rotora.
Asynchrónne generátory energie
Konštrukcia asynchrónnych generátorov je jednoduchá, ale zároveň má najhoršie technické vlastnosti v porovnaní so synchrónnymi jednotkami - chyba vo frekvencii môže dosiahnuť 4% a pokiaľ ide o napätie - až 10%. Asynchrónne generátory sú navyše rozhodujúce pre počiatočný prúd. Preto sa odporúča prevádzkovať ich v spojení so stabilizátormi a v niektorých prípadoch, napríklad pri mäkkom štarte elektromotora, môže byť potrebný frekvenčný menič.
Generátory invertorov
Invertorový elektrický generátor je klasický asynchrónny generátor, na ktorého výstupe je nainštalovaný ďalší stabilizátor výstupných parametrov.
Funguje to nasledovne: napätie generované asynchrónnym generátorom vstupuje do invertora, kde je najskôr usmernené, a potom sa zo získaného konštantného napätia vytvárajú impulzy danej frekvencie a pracovného cyklu. Na výstupe zo zariadenia sa tieto impulzy prevádzajú na sínusové napätie s takmer ideálnymi technickými vlastnosťami.
Pohon alternátora
V domácom prostredí je rotor generátora poháňaný spaľovacími motormi (ICE), ktoré pracujú s palivami ako benzín alebo nafta. Súčasne je životnosť benzínových generátorov vybavených dvojtaktnými spaľovacími motormi asi 500 hodín ročne (nie viac ako 4 hodiny denne); štvortaktný ICE dosahuje 5 000 hodín ročne.
Odporúča sa používať benzínové generátory na krátke výpadky elektrickej energie a / alebo na výstup do prírody.
Naftové generátory sú výkonnejšie a odolnejšie ako benzínové generátory. Medzi nimi sú aj modely so vzduchovým a kvapalným chladením. Vzduchom chladené jednotky sa odporúčajú používať na miestach, kde je často dlhší čas prerušený prúd.
Používanie takýchto domácich prístrojov je mimoriadne jednoduché - musíte natankovať palivo do nádrže, otočiť kľúčom, aby ste naštartovali motor, a pripojiť záťaž. Ich ovládací panel je vybavený všetkými potrebnými a intuitívnymi štítkami a symbolmi.
Kvapalinou chladené naftové generátory sú zariadenia úplne inej kategórie. Sú schopné pracovať dni a noci a používajú sa hlavne v podnikoch ako zdroje záložného napájania.
Priemyselné generátory určené na generovanie striedavého prúdu a dodávanie spotrebiteľom na veľké vzdialenosti pomocou vysokonapäťových elektrických vedení (PTL) pracujú pomocou aktivácie hydraulických alebo parných turbín. V takýchto jednotkách je rotorový mechanizmus pripojený priamo k kolesu turbíny.
Turbínové generátory sa vyznačujú vysokým výkonom (do 100 000 kW) a sú schopné generovať striedavý prúd s napätím do 16 kV. V tomto prípade môže dĺžka a priemer ich rotora dosiahnuť 6,5 respektíve 15 metrov a rýchlosť rotácie druhého rotora je v rozmedzí 1 500 ... 3 000 ot./min. Takéto jednotky sú inštalované v samostatných miestnostiach na špeciálne pripravených betónových podkladoch.
Možnosti a možnosti generátora domácnosti
Pre jednoduchšie použitie výrobcovia vybavujú svoje výrobky mnohými užitočnými doplnkami, medzi ktoré patria:
- zariadenie na automatické spustenie jednotky v prípade výpadku napájania;
- prítomnosť zabudovaného RCD, ktorý odpojí zariadenie od siete v prípade porušenia izolácie a výskytu únikového prúdu;
- kontrola parametrov a ich zobrazovanie na displeji;
- ochrana proti preťaženiu.
Keď je záťaž pripojená k elektrickému generátoru, ktorého hodnota bude nižšia ako menovitá hodnota, jednotka začne márne „jesť“ časť kvapalného paliva, pričom nebude plne využívať svoje možnosti.
Nebude nadbytočné mať špeciálny plášť tlmiaci hluk, zväčšenú palivovú nádrž, plášť chrániaci jednotku pred účinkami nízkych teplôt atď.
Inštalačné vlastnosti
Potenciálny vlastník alternátora by sa pred zakúpením mal postarať o prípravu miesta na jeho inštaláciu. Bez ohľadu na to, kde bude takáto jednotka inštalovaná, či už v interiéri alebo exteriéri, bude potrebovať rovnú a pevnú plošinu. Inštalácia elektrického generátora na nerovnom teréne zvýši vibrácie, ktoré urýchlia opotrebenie častí a môžu spôsobiť poruchu drahého zariadenia.
Pri inštalácii generátora v interiéri je dôležité zabezpečiť odsávacie vetranie. Okrem toho sa počas prevádzky jednotky odporúča nechať dvere miestnosti otvorené, čo si zase bude vyžadovať inštaláciu roštu do dverí, ktorý blokuje prístup cudzincov, a čo je najdôležitejšie detí, do nebezpečnej zóny.
Pripojte generátor k elektrickej sieti v súlade s požiadavkami stanovenými v návode na obsluhu. V takom prípade musí byť elektrický kábel pripojený za uvádzacím strojom a elektromerom.
