Sähkövirtageneraattori on laite, joka on suunniteltu muuntamaan muun kuin sähköisen tyyppinen energia (kemiallinen, mekaaninen, lämpö) sähköenergiaksi. Lisäksi sen suunnittelu perustuu sähkömagneettisen induktion periaatteen käyttöön.
Yksinkertaisimman vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate ja laite
Sähkömagneettinen induktio on ilmiö, jonka vuonna 1831 löysi englantilainen fyysikko Michael Faraday (1791-1867), joka huomasi, että kun ajan vaihteleva magneettivuo kulkee suljetun johtavan piirin läpi, jälkimmäisessä syntyy sähkövirta. Tämä periaate on minkä tahansa generaattorin taustalla.
Käytännössä sähkömagneettisen induktion periaate toteutetaan seuraavasti: sähkövirta syntyy suljetussa kehyksessä (roottorissa), kun sen ylittää pyörivä magneettikenttä, joka muodostuu generaattorin käyttötarkoituksesta ja rakenteesta riippuen pysyvien magneettien tai erikoismagneettien avulla. virityskäämit. Kun käännät kehystä, magneettivuon suuruus muuttuu. Mitä nopeammin se pyörii, sitä korkeampi lähtöjännite.
Vuonna 1827 unkarilainen fyysikko Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) löysi tämän vaikutuksen ja käytti sitä luomaan alkuperäinen malli sähkövirtageneraattorista. Uskoen sen olevan kuuluisa, tiedemies ei kuitenkaan patentoinut löytöään ja ilmoitti ensimmäisen dynamon perustamisesta vasta vuonna 1850.
Sähkövirran tyhjentämiseksi kehys on varustettu virrankerääjällä, joka muuttaa sen suljetuksi silmukaksi ja varmistaa pyörivän kehyksen jatkuvan kosketuksen generaattorin paikallaan oleviin elementteihin. Jousikuormitetut harjat puristetaan kollektorirenkaita vasten ja siten sähkövirta syötetään generaattorin lähtöliittimiin.
Pyörimällä kehyksen puolikkaat kulkevat peräkkäin magneetin napojen lähellä. Tässä tapauksessa tapahtuu syklinen muutos syntyvän virran liikesuunnassa - virta liikkuu kussakin napassa yhteen suuntaan.
Keräimen rakenteesta riippuen generaattori voi tuottaa sekä tasa- että vaihtovirtaa.
- DC-generaattoreissa keräinkokoonpanon käämin kummallekin puoliskolle on erotettu toisistaan puolirenkaat. Koska nämä puolirenkaat muuttuvat jatkuvasti harjoilla, virta ei muuta suuntaa, vaan vain sykkii.
- Latureissa rungon päät on sidottu liukurenkaisiin ja koko tämä rakenne pyörii akselinsa ympäri. Kun kehys pyörii, harjat, joista kukin on tiukasti oman renkaansa vieressä, tarjoavat luotettavan alasjohtimen. Tässä tapauksessa harjojen asennossa ei tapahdu syklistä muutosta.
Generaattorin pyörivää osaa kutsutaan roottoriksi ja paikallaan olevaa osaa staattoriksi.
Vaihtovirtageneraattoreiden toimintaperiaate on identtinen. Ne eroavat toisistaan pyörivässä roottorissa olevien liukurenkaiden suunnittelussa ja käämien kokoonpanossa.
Latureissa käytetään usein alkuperäistä teknistä ratkaisua, joka perustuu siihen, että EMF esiintyy johtimessa paitsi silloin, kun se pyörii magneettikentässä, myös silloin, kun magneettikenttä itse pyörii suhteessa paikallaan olevaan johtimeen.
Tätä vaikutusta käyttävät laajalti kehittäjät, jotka asettavat sähkö- tai kestomagneetteja pyörivälle roottorille. Tällöin jännite poistetaan kiinteästä asennetusta käämisestä, mikä tekee mahdolliseksi päästä eroon monimutkaisista virran keräävistä yksiköistä.
Vaihtovirtageneraattorit
- rakentava suorituskyky;
- jännityksen menetelmä;
- vaiheiden lukumäärä.
Viritysmenetelmän mukaan kuluttaja voi kohdata yksiköitä:
- itsenäisellä virityksellä - virityskäämi saa virtansa riippumattomasta virtalähteestä tulevasta tasavirrasta;
- itsesäteilyllä - itse generaattorin tasasuuntainen virta syötetään virityskäämiin;
- herätteellä kestomagneeteista - virityskäämitystä ei ole;
- herätteellä herätteestä - pienitehoinen tasavirta-generaattori, "istuva" samalla akselilla huolto-generaattorin kanssa.
Vaiheiden lukumäärän mukaan sähkögeneraattorit ovat:
- yksivaihe;
- kaksivaiheinen;
- kolmivaiheinen.
Käytännössä kolmivaiheiset vaihtovirtageneraattorit ovat yleisimpiä. Tämä johtuu useista tämän tyyppisille aggregaateille ominaisista eduista:
- taloudellisen vaikutuksen saavuttaminen sähkönsiirtojärjestelmien kehittämisessä pitkiä matkoja varten - muuntajalaitteiden ja virtajohtojen materiaalikulutuksen vähentäminen; Tätä helpottaa pyöreän magneettikentän läsnäolo;
- pidempi käyttöikä, mikä takaa järjestelmän tasapainon;
- linja- ja vaihejännitteen samanaikainen käyttö.
Rakenteellisesti kolmivaiheisella sähkögeneraattorilla on kolme itsenäistä käämiä, jotka sijaitsevat staattorissa ympyrässä, jonka siirtymä on 120 ° toisiinsa nähden. Tässä tapauksessa kukin käämi on yksivaiheinen generaattori, joka pystyy syöttämään vaihtojännitteen kuluttajalle R. Tällaista yksittäistä käämiä kutsutaan "vaiheeksi". Vaihekäämit voidaan yhdistää "delta" tai "tähti".
Käämien yhdistämiseen on olemassa muita kaavioita, esimerkiksi kuusijohtiminen Tesla-järjestelmä tai Slavyanka-liitäntä (kuuden käämityksen yhdistelmä yhden "tähden" ja yhden "kolmion" muodossa), mutta niitä ei käytetty laajalti.
Kehyksen rooli vaihtovirtaa tuottavissa laitteissa on sähkömagneetti, joka kiertäessään syrjäyttää käämeissä indusoidun vaihtelevan EMF: n kolmanneksella jaksosta toisiinsa nähden.
Monien vaihtovirtageneraattoreiden joukossa on kaksi päätyyppiä: synkroninen ja asynkroninen. Äskettäin mikroprosessorien ohjaamien monimutkaisten elektronisten laitteiden suuren määrän vuoksi on ilmestynyt uudentyyppinen sähkögeneraattori - invertteri.
Synkroniset generaattorit
Synkroninen laturi koostuu rakenteellisesti kahdesta osasta - liikkuvasta roottorista ja kiinteästä staattorista.
Kun roottori pyörii, joka on sähkömagneetti, jossa on ydin ja virityskäämi, joka on kytketty ulkoiseen virtalähteeseen harjamekanismin avulla, staattorin käämissä indusoituu EMF, joka syötetään generaattorin lähtöliittimiin. Tämä rakenne eliminoi liukukoskettimien tarpeen, mikä yksinkertaistaa huomattavasti yksikön suunnittelua. Aluksi magneettivuo viritetään kolmannen osapuolen herätteestä, joka on kiinnitetty yhteiseen akseliin ja kytketty järjestelmään kytkimen avulla.
Pienitehoisissa synkronisissa sähkögeneraattoreissa virityskäämi saa virtansa tasasuuntaisesta virrasta. Tässä tapauksessa sähköpiiri muodostuu kuormituspiirin sisältämien muuntajien aktivoitumisen vuoksi. Siihen sisältyy myös puolijohde tasasuuntaaja. Pääsähköpiiri sisältää:
- viritys käämitys;
- reostaatin säätäminen.
Synkronigeneraattorin pääpiirre on, että syntyvän sähkövirran taajuus on verrannollinen roottorin nopeuteen.
Asynkroniset generaattorit
Asynkronisten generaattorien suunnittelu on yksinkertainen, mutta samalla sillä on huonoimmat tekniset ominaisuudet kuin synkronisissa yksiköissä - taajuusvirhe voi nousta 4%: iin ja jännitteen suhteen jopa 10%: iin. Lisäksi asynkroniset generaattorit ovat kriittisiä käynnistysvirralle. Siksi on suositeltavaa käyttää niitä yhdessä stabilointiaineiden kanssa, ja joissakin tapauksissa, esimerkiksi sähkömoottorin pehmeälle käynnistymiselle, voidaan tarvita taajuusmuuttajaa.
Invertterigeneraattorit
Invertterisähkögeneraattori on tavanomainen asynkroninen generaattori, jonka lähtöön asennetaan ylimääräinen lähtöparametrien vakaaja.
Se toimii seuraavasti: asynkronisen generaattorin tuottama jännite menee taajuusmuuttajaan, jossa se ensin korjataan, ja sitten muodostetusta annetusta taajuudesta ja käyttösyklistä peräisin olevat pulssit saadaan vakiojännitteestä. Laitteen ulostulossa nämä pulssit muunnetaan sinimuotoiseksi jännitteeksi, jolla on melkein ihanteelliset tekniset ominaisuudet.
Laturin käyttö
Kotitalousympäristössä generaattorin roottori toimii polttomoottoreilla (ICE), jotka toimivat polttoaineilla, kuten bensiinillä tai dieselillä. Samanaikaisesti kaksitahtisilla polttomoottoreilla varustettujen bensiinigeneraattoreiden käyttöikä on noin 500 tuntia vuodessa (enintään 4 tuntia päivässä); nelitahtinen ICE saavuttaa 5000 tuntia vuodessa.
On suositeltavaa käyttää bensiinigeneraattoreita lyhyisiin sähkökatkoihin ja / tai maaseudulle.
Dieselgeneraattorit ovat tehokkaampia ja kestävämpiä kuin bensiinigeneraattorit. Niiden joukossa on malleja, joissa on ilma- ja nestejäähdytys. Ilmajäähdytteisiä yksiköitä suositellaan käytettäväksi paikoissa, joissa sähkö on usein katkaistu pitkäksi aikaa.
Tällaisten kotitalouslaitteiden käyttö on erittäin yksinkertaista - sinun on täytettävä polttoainetta säiliöön, käännettävä avainta moottorin käynnistämiseksi ja kuorman kytkeminen. Heidän ohjauspaneelissa on kaikki tarvittavat ja intuitiiviset tarrat ja symbolit.
Nestejäähdytteiset dieselgeneraattorit ovat täysin eri luokan laitteita. Ne pystyvät työskentelemään päiviä ja öitä, ja niitä käytetään pääasiassa yrityksissä varavoiman lähteinä.
Teollisuuden generaattorit, jotka on suunniteltu tuottamaan vaihtovirtaa ja toimittamaan sitä kuluttajille pitkiä matkoja käyttäen suurjännitelinjoja (PTL), toimivat aktivoimalla hydraulisia tai höyryturbineja. Tällaisissa yksiköissä roottorimekanismi on kytketty suoraan turbiinipyörään.
Turbiinivoimageneraattoreille on ominaista suuri teho (jopa 100 000 kW), ja ne pystyvät tuottamaan vaihtovirtaa jopa 16 kV: n jännitteellä. Tällöin niiden roottorin pituus ja halkaisija voivat nousta vastaavasti 6,5 ja 15 metriä, ja jälkimmäisen pyörimisnopeus on välillä 1500 ... 3000 rpm. Tällaiset yksiköt asennetaan erillisiin huoneisiin erityisesti valmistetuille betonialustoille.
Kotitalousgeneraattorin vaihtoehdot ja ominaisuudet
Käytön helpottamiseksi valmistajat varustavat tuotteitaan useilla hyödyllisillä vaihtoehdoilla, kuten:
- laite yksikön automaattista käynnistystä varten sähkökatkoksen yhteydessä;
- sisäänrakennettu vikavirtasuojakytkin, joka irrottaa laitteen sähköverkosta, jos eristys rikkoutuu ja vuotovirta ilmestyy;
- parametrien hallinta ja niiden näyttäminen näytöllä;
- ylikuormitussuoja.
Kun kuorma kytketään sähkögeneraattoriin, jonka arvo on pienempi kuin nimellisarvo, yksikkö alkaa "syödä" osaa nestemäisestä polttoaineesta turhaan, käyttämättä täysin sen kykyjä.
Ei ole tarpeetonta, että sinulla on erityinen melua vaimentava kotelo, suurennettu polttoainesäiliö, kotelo, joka suojaa laitetta matalien lämpötilojen vaikutuksilta jne.
Asennusominaisuudet
Laturin potentiaalisen omistajan tulisi ennen ostamista huolehtia paikan valmistelusta sen asennusta varten. Riippumatta siitä, mihin tällainen yksikkö asennetaan, sisätiloissa tai ulkona, se tarvitsee tasaisen ja tukevan alustan. Sähkögeneraattorin asentaminen epätasaiselle alustalle lisää tärinää, mikä nopeuttaa osien kulumista ja voi aiheuttaa kalliiden laitteiden vikaantumisen.
Kun asennat generaattoria sisätiloihin, on tärkeää huolehtia poistoilmasta. Lisäksi yksikön käytön aikana on suositeltavaa jättää huoneen ovi auki, mikä puolestaan edellyttää oveen asennettavan ritilän, joka estää ulkopuolisten ja ennen kaikkea lasten pääsyn vaara-alueelle.
Liitä generaattori sähköverkkoon tiukasti käyttöohjeen vaatimusten mukaisesti. Tässä tapauksessa sähkökaapeli on kytkettävä esittelykoneen ja sähkömittarin jälkeen.
