מחולל זרם חשמלי הוא מכשיר המיועד להמיר סוגי אנרגיה לא חשמליים (כימיים, מכניים, תרמיים) לאנרגיה חשמלית. יתר על כן, תכנונו מבוסס על שימוש בעקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית.
עקרון הפעולה והמכשיר של האלטרנטור הפשוט ביותר
אינדוקציה אלקטרומגנטית היא תופעה שהתגלתה בשנת 1831 על ידי הפיזיקאי האנגלי מייקל פאראדיי (1791-1867), שגילה שכאשר זרם מגנטי המשתנה בזמן עובר במעגל מוליך סגור, נוצר זרם חשמלי באחרון. העיקרון הזה הוא שעומד בבסיס כל גנרטור.
בפועל, עיקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית מיושם באופן הבא: זרם חשמלי נוצר במסגרת סגורה (רוטור) כאשר הוא נחצה על ידי שדה מגנטי מסתובב שנוצר, תלוי במטרה ובעיצוב הגנרטור, על ידי מגנטים קבועים או מיוחד. פיתולי עירור. כשאתה מסובב את המסגרת, גודל השטף המגנטי משתנה. ככל שהוא מסתובב מהר יותר, כך מתח המוצא גבוה יותר.
בשנת 1827, הפיזיקאי ההונגרי אנז'וס איסטוואן ידליק (1800-1895) גילה את האפקט הזה והשתמש בו ליצירת דגם מקורי של מחולל זרמים חשמליים. עם זאת, מתוך אמונה שהוא מפורסם, המדען לא רשם פטנט על תגליתו והודיע על יצירת הדינמו הראשון רק בשנת 1850.
כדי לנקז את הזרם החשמלי, המסגרת מצוידת בקולט זרם, שהופך אותה לולאה סגורה ומבטיח מגע מתמיד של המסגרת המסתובבת עם האלמנטים הנייחים של הגנרטור. המברשות עם קפיצים נלחצות על טבעות הקולט וכך הזרם החשמלי מועבר למסופי הפלט של הגנרטור.
מסתובב, חצאי המסגרת עוברים ברצף ליד קטבי המגנט. במקרה זה מתרחש שינוי מחזורי בכיוון התנועה של הזרם המתהווה - בכל קוטב, הזרם נע לכיוון אחד.
בהתאם לעיצוב הקולט, הגנרטור יכול לייצר זרם ישר וגם זרם חילופין.
- בגנרטורים של DC, לכל מחצית מהסלילה במכלול הקולט, ישנן חצי טבעות מבודדות זו מזו. בשל העובדה שחצי הטבעות הללו משתנים כל הזמן בעזרת מברשות, הזרם אינו משנה את כיוונו, אלא פשוט פועם.
- באלטרנטורים, קצות המסגרת קשורים לטבעות החלקה וכל המבנה הזה מסתובב סביב צירו. כאשר המסגרת מסתובבת, המברשות, שכל אחת מהן צמודה היטב לטבעת שלה, מספקות מוליך למטה למטה. במקרה זה, אין שינוי מחזורי במיקום המברשות.
החלק המסתובב של הגנרטור נקרא רוטור, והחלק הנייח נקרא סטטור.
עקרון הפעולה של גנרטורים לזרם חילופין וזרם ישר זהה. הם נבדלים זה מזה בעיצוב טבעות ההחלקה הממוקמות על הרוטור המסתובב ותצורת הפיתולים.
באלטרנטורים משתמשים לעיתים קרובות בפתרון טכני מקורי, המבוסס על העובדה ש- EMF מתרחש במוליך לא רק כאשר הוא מסתובב בשדה מגנטי, אלא גם כאשר השדה המגנטי עצמו מסתובב יחסית למוליך נייח.
אפקט זה נמצא בשימוש נרחב על ידי מפתחים שמציבים מגנטים חשמליים או קבועים על רוטור מסתובב. במקרה זה, המתח מוסר מהסלילה המותקנת הנייחת, מה שמאפשר להיפטר מעיצובים מורכבים של יחידות איסוף זרם.
גנרטורים לזרם חילופין
- ביצועים קונסטרוקטיביים;
- שיטת התרגשות;
- מספר השלבים.
על פי שיטת העירור, הצרכן עלול להיתקל ביחידות:
- עם עירור עצמאי - סלילת העירור מופעלת באמצעות זרם ישר ממקור כוח עצמאי;
- עם עירור עצמי - זרם מתוקן מהגנרטור עצמו מסופק למתפתל העירור;
- עם עירור ממגנטים קבועים - אין עירור מתפתל;
- עם עירור מהמעורר - מחולל זרם ישר בעל הספק נמוך, "יושב" על אותו פיר עם שירות הגנרטור.
לפי מספר השלבים, גנרטורים חשמליים הם:
- שלב בודד;
- דו-גזית;
- תלת פאזי.
בפועל, אלטרנטורים תלת פאזיים הם הנפוצים ביותר. זאת בשל מספר יתרונות האופייניים לאגרגטים מסוג זה:
- השגת השפעה כלכלית בפיתוח מערכות להעברת חשמל למרחקים ארוכים - צמצום צריכת החומרים של מכשירי שנאי וחוטי חשמל; זה קל יותר על ידי נוכחות של שדה מגנטי מעגלי;
- חיי שירות מוגברים, מה שמבטיח את איזון המערכת;
- שימוש בו זמנית במתח קו ובשלב.
מבחינה מבנית, לגנרטור חשמלי תלת פאזי יש שלושה פיתולים עצמאיים הממוקמים בסטטור במעגל עם קיזוז של 120 ° ביחס זה לזה. במקרה זה, כל סלילה היא גנרטור חד פאזי, המסוגל לספק מתח לסירוגין לצרכן R. סלילה כזו נקראת "פאזה". פיתולי שלב יכולים להיות מחוברים ביניהם על ידי "דלתא" או "כוכב".
ישנן תוכניות אחרות לחיבור הפיתולים, למשל, מערכת טסלה עם שישה חוטים או חיבור Slavyanka (שילוב של שישה פיתולים בצורת "כוכב" ו"משולש "אחד), אך לא נעשה בהם שימוש נרחב.
את תפקידה של המסגרת במכשירים המייצרים זרם חילופין ממלא אלקטרומגנט, אשר בזמן סיבובו מעביר את ה- EMF המתחלף המושרה בפיתולים בשליש מחזור ביחס זה לזה.
בין שלל האלטרנטורים, ישנם שני סוגים עיקריים של עיצובם: סינכרוני ואסינכרוני. לאחרונה, לאור המספר הגדול של מכשירים אלקטרוניים מורכבים הנשלטים על ידי מעבדים, הופיע סוג חדש של גנרטור חשמלי - מהפך.
מחוללי כוח סינכרוניים
אלטרנטור סינכרוני מורכב מבנית משני חלקים - רוטור נע וסטטור קבוע.
כאשר הרוטור מסתובב, שהוא אלקטרומגנט עם ליבה ומתפתל עירור, המחובר למקור כוח חיצוני באמצעות מנגנון מברשת, EMF מושרה במפתל הסטטור, המוזן למסופי הפלט של הגנרטור. תכנון זה מבטל את הצורך במגעי הזזה, דבר שמפשט מאוד את תכנון היחידה. בתחילה, השטף המגנטי מתרגש ממניע צד שלישי המחובר לפיר משותף ומחובר למערכת באמצעות צימוד.
בגנרטורים חשמליים סינכרוניים בעלי הספק נמוך, סלילת העירור מופעלת באמצעות זרם מתוקן. במקרה זה, המעגל החשמלי נוצר עקב הפעלת השנאים הכלולים במעגל העומס. מיישר מוליכים למחצה כלול שם גם. המעגל החשמלי הראשי כולל:
- עירור סלילה;
- התאמת ריאוסטט.
המאפיין העיקרי של גנרטור סינכרוני הוא שתדירות הזרם החשמלי שנוצר פרופורציונאלית למהירות הרוטור.
מחוללי חשמל אסינכרוניים
התכנון של גנרטורים אסינכרוניים הוא פשוט, אך יחד עם זאת יש לו את המאפיינים הטכניים הגרועים ביותר בהשוואה ליחידות סינכרוניות - השגיאה בתדירות יכולה להגיע ל -4%, ומבחינת מתח - עד 10%. בנוסף, גנרטורים אסינכרוניים הם קריטיים לזרם ההתחלתי. לכן, מומלץ להפעיל אותם בשילוב עם מייצבים, ובמקרים מסוימים, למשל, להפעלה רכה של מנוע חשמלי, ייתכן שיהיה צורך בממיר תדרים.
מחוללי מהפך
גנרטור חשמלי מהפך הוא גנרטור אסינכרוני קונבנציונאלי, שבפלטו מותקן מייצב נוסף של פרמטרי פלט.
זה עובד כדלקמן: המתח שנוצר על ידי הגנרטור האסינכרוני נכנס למהפך, שם הוא מתוקן תחילה, ואז נוצרים מהמתח הקבוע המתקבל פולסים של תדר ומחזור עבודה נתון. ביציאת המכשיר, פולסים אלה מומרים למתח סינוסי עם מאפיינים טכניים כמעט אידיאליים.
כונן אלטרנטור
בסביבה ביתית, רוטור הגנרטור מופעל על ידי מנועי בעירה פנימית (ICE) הפועלים על דלקים כמו בנזין או סולר. יחד עם זאת, חיי השירות של מחוללי בנזין המצוידים במנועי בעירה פנימית דו פעימות הם כ -500 שעות בשנה (לא יותר מ -4 שעות ביום); ICE עם ארבע פעימות מגיע ל -5000 שעות בשנה.
רצוי להשתמש בגנרטורים של בנזין לצורך הפסקות חשמל קצרות ו / או ליציאה לאזור הכפרי.
גנרטורי דיזל חזקים ועמידים יותר מגנרטורי בנזין. ביניהם ישנם דגמים עם קירור אוויר ונוזל. יחידות מקוררות אוויר מומלצות לשימוש במקומות שבהם החשמל מנותק לרוב לאורך זמן.
השימוש במכשירים ביתיים כאלה הוא פשוט ביותר - עליך למלא דלק במיכל, לסובב את המפתח להפעלת המנוע ולחבר את העומס. לוח הבקרה שלהם כולל את כל התוויות והסמלים הדרושים והאינטואיטיביים.
מחוללי כוח סולר מקורר נוזלים הם מכשירים מקטגוריה שונה לחלוטין. הם מסוגלים לעבוד ימים ולילות ומשמשים בעיקר בארגונים כמקורות כוח גיבוי.
גנרטורים תעשייתיים, שנועדו לייצר זרם חילופין ולספק אותו לצרכנים למרחקים ארוכים באמצעות קווי מתח גבוה (PTL), פועלים באמצעות הפעלת טורבינות הידראוליות או קיטור. ביחידות כאלה מנגנון הרוטור מחובר ישירות לגלגל הטורבינה.
מחוללי כוח טורבינות מאופיינים בהספק גבוה (עד 100,000 קילוואט) ומסוגלים לייצר זרם חילופין עם מתח של עד 16 קילו וולט. במקרה זה, אורכו וקוטרו של הרוטור שלהם יכולים להגיע ל -6.5 ו -15 מטר, בהתאמה, ומהירות הסיבוב של האחרון היא בטווח של 1500 ... 3000 סל"ד. יחידות כאלה מותקנות בחדרים נפרדים על בסיסי בטון שהוכנו במיוחד.
אפשרויות ויכולות גנרטור ביתי
להקלת השימוש, יצרנים מציידים את מוצריהם במספר אפשרויות שימושיות, ביניהן:
- מכשיר להפעלה אוטומטית של היחידה במקרה של הפסקת חשמל;
- נוכחות של RCD מובנה המנתק את המכשיר מהחשמל במקרה של תקלה בבידוד והופעת זרם דליפה;
- שליטה בפרמטרים והצגתם בתצוגה;
- הגנה מפני עומס יתר.
כאשר מחובר עומס לגנרטור חשמלי שערכו יהיה נמוך יותר מהדורג המדורג, היחידה תתחיל "לאכול" חלק מהדלק הנוזלי לשווא, ללא שימוש מלא ביכולותיו.
זה לא יהיה מיותר שיהיה מעטה מיוחד לדיכוי רעשים, מיכל דלק מוגדל, מעטה המגן על היחידה מפני השפעות טמפרטורות נמוכות וכו '.
תכונות התקנה
הבעלים הפוטנציאלי של אלטרנטור לפני הרכישה צריך לדאוג להכין מקום להתקנתו. לא משנה היכן תותקן יחידה כזו, בתוך הבית או בחוץ, היא תזדקק לפלטפורמה שטוחה ומוצקה. התקנת גנרטור חשמלי על קרקע לא אחידה תגביר את הרטט, שיאיץ את שחיקת החלקים ויכול לגרום למכשיר יקר להיכשל.
בעת התקנת הגנרטור בתוך הבית, חשוב לדאוג לאוורור פליטה. בנוסף, במהלך הפעלת היחידה, מומלץ להשאיר את דלת החדר פתוחה, מה שבתורו ידרוש התקנת סורג בפתח החוסם גישה מבחוץ, ובעיקר לילדים, לאזור הסכנה.
חבר את הגנרטור לרשת החשמל בהתאם לדרישות המפורטות בהוראות ההפעלה. במקרה זה, יש לחבר את כבל החשמל לאחר מכונת ההיכרות והמונה החשמלי.
