Zařízení a princip činnosti alternátorů

Generátor elektrického proudu je zařízení určené k přeměně neelektrických typů energie (chemické, mechanické, tepelné) na elektrickou energii. Jeho konstrukce je navíc založena na použití principu elektromagnetické indukce.

Princip činnosti a zařízení nejjednoduššího alternátoru

Alternátor

Elektromagnetická indukce je jev, který byl objeven v roce 1831 britským fyzikem Michaelem Faradayem (1791-1867), který zjistil, že když časově proměnný magnetický tok prochází uzavřeným vodivým obvodem, v něm vzniká elektrický proud. Tento princip je základem každého generátoru.

V praxi je princip elektromagnetické indukce implementován následovně: elektrický proud vzniká v uzavřeném rámu (rotoru), když se protíná s rotujícím magnetickým polem, vytvořeným v závislosti na účelu a konstrukci generátoru permanentními magnety nebo speciálními excitačními vinutími. Když se rám otáčí, mění se velikost magnetického toku. Čím rychleji se otáčí, tím vyšší je výstupní napětí.

V roce 1827 byl tento účinek objeven a použit k vytvoření původního modelu generátoru elektrického proudu maďarským fyzikem Agnosem Istvanem Jedlikem (1800–1895). Nicméně, zvažovat to slavný, vědec nepatentoval jeho objev, a oznámil vytvoření prvního dynama jen v 1850.

Princip fungování alternátoru

Pro odstranění elektrického proudu je rám vybaven sběračem proudu, který jej přeměňuje v uzavřenou smyčku a zajišťuje stálý kontakt rotujícího rámu se stacionárními prvky generátoru. Pružinové kartáče jsou přitlačovány proti kolektorovým prstencům, a tím je elektrický proud přiváděn na výstupní svorky generátoru.

Poloviny rámu se otáčejí postupně v blízkosti pólů magnetu. V tomto případě dochází ke cyklické změně směru pohybu vznikajícího proudu - na každém pólu se proud pohybuje jedním směrem.

Návrh armatury stejnosměrného generátoru

V závislosti na konstrukci kolektoru může generátor generovat stejnosměrný i střídavý proud.

  • U stejnosměrných generátorů jsou pro každou polovinu vinutí v uzlu kolektoru od sebe izolované kruhy. Vzhledem k tomu, že tyto půlkruhy neustále mění kartáče, proud nemění svůj směr, ale jednoduše pulzuje.
  • U alternátorů jsou konce rámu spojeny s kluznými kroužky a celá tato struktura se otáčí kolem své osy. Při otáčení rámu poskytují spolehlivé spodní vodiče kartáče, z nichž každý těsně sousedí s prstencem. V tomto případě nedochází k cyklické změně polohy kartáčů.

Rotující část generátoru se nazývá rotor a stacionární část se nazývá stator.

Princip činnosti generátorů střídavého a stejnosměrného proudu je stejný. Liší se mezi sebou konstrukcí kluzných kroužků umístěných na rotujícím rotoru a konfigurací vinutí.

U generátorů střídavého proudu se často používá originální technické řešení, založené na skutečnosti, že EMF se objevuje ve vodiči nejen tehdy, když se otáčí v magnetickém poli, ale také v případě, kdy se magnetické pole samo o sobě otáčí vzhledem ke stacionárnímu vodiči.

Tento efekt je široce používán vývojáři, kteří umísťují elektrické nebo permanentní magnety na rotující rotor. V tomto případě je napětí odstraněno ze stacionárního vinutí, což umožňuje zbavit se složitých konstrukcí kolektorových sestav.

Generátory střídavého proudu

Vyrábí se velké množství nejrůznějších generátorů střídavého proudu. Lze je klasifikovat podle následujících parametrů:

  • konstruktivní návrh;
  • excitační metoda;
  • počet fází.

Metodou vzrušení pro spotřebitele lze najít agregáty:

  • s nezávislým buzením - budicí vinutí je napájeno stejnosměrným proudem z nezávislého zdroje energie;
  • se samočinným buzením - do budicího vinutí se přivádí usměrněný proud ze samotného generátoru;
  • s buzením z permanentních magnetů - bez budícího vinutí;
  • s excitací z patogenu - nízkonapěťový stejnosměrný generátor, „sedící“ na stejném hřídeli s podávaným generátorem.
Obvod třífázového generátoru

Podle počtu fází jsou elektrické generátory:

  • jednofázový;
  • dvoufázové;
  • tři fáze.

V praxi se nejčastěji vyskytují třífázové alternátory. To je způsobeno řadou výhod charakteristických pro tento typ agregátů:

  • získání ekonomického efektu ve vývoji systémů přenosu energie na velké vzdálenosti - snížení materiálové spotřeby transformátorových zařízení a silových vodičů; To přispívá k přítomnosti kruhového magnetického pole;
  • zvýšené provozní zdroje, které zajišťují rovnováhu systému;
  • současné použití lineárního a fázového napětí.

Konstrukčně má třífázový elektrický generátor tři nezávislá vinutí umístěná ve statoru kolem obvodu s vzájemným přesazením 120 °. Kromě toho je každé vinutí jednofázový generátor, který je schopen dodávat střídavé napětí spotřebiteli R. Takové jedno vinutí se nazývá „fáze“. Fázová vinutí mohou být propojena „trojúhelníkem“ nebo „hvězdou“.

Existují i ​​jiná schémata pro připojení vinutí, například šestiválcový systém Tesla nebo spojení Slavyanka (kombinace šesti vinutí ve formě jedné „hvězdy“ a jednoho „trojúhelníku“), ale nebyly široce využívány.

Role rámce v zařízeních vytvářejících střídavý proud hraje elektromagnet, který rotací posouvá proměnné EMF indukované ve vinutí o jednu třetinu cyklu vůči sobě navzájem.

Mezi mnoha alternátory existují dva hlavní typy jejich konstrukce: synchronní a asynchronní. Vzhledem k velkému počtu komplexních elektronických zařízení ovládaných mikroprocesory se v poslední době objevil nový typ elektrického generátoru - invertor.

Synchronní generátory energie

Synchronní generátorové zařízení

Synchronní alternátor se skládá ze dvou částí - pohyblivého rotoru a pevného statoru.

Když se rotor otáčí, což je elektromagnet s jádrem a budícím vinutím, připojený ke vnějšímu zdroji energie pomocí kartáčového mechanismu, indukuje se ve statorovém vinutí EMF, který je přiváděn na výstupní svorky generátoru. Tato konstrukce eliminuje potřebu posuvných kontaktů, což výrazně zjednodušuje konstrukci jednotky. Zpočátku je magnetický tok excitován z budiče třetí strany namontovaného na společném hřídeli a připojen k systému pomocí spojky.

U synchronních generátorů s nízkým výkonem je vinutí pole napájeno usměrněným proudem. V tomto případě je elektrický obvod tvořen aktivací transformátorů zahrnutých v zátěžovém obvodu. Zahrnutý je také polovodičový usměrňovač. Hlavní elektrický obvod zahrnuje:

  • polní vinutí;
  • nastavovací reostat.

Hlavním rysem synchronního generátoru je to, že frekvence generovaného elektrického proudu je úměrná rychlosti rotoru.

Asynchronní generátory energie

Asynchronní alternátor se liší od synchronního alternátoru v nepřítomnosti pevného spojení mezi otáčkami rotoru a indukovaným emf. Rozdíl mezi těmito parametry se nazývá „uklouznutí“. Mezi rotorem a statorem asynchronního generátoru je vzduchová mezera. Současně brzdný moment, ke kterému dochází při připojení zátěže a zabraňuje rotaci rotoru, ovlivňuje frekvenci generovaného EMF. Proto je elektřina v asynchronních generátorech generována při zvýšené rychlosti rotoru.

Konstrukce asynchronních generátorů je jednoduchá, ale má nejhorší technické vlastnosti ve srovnání se synchronními jednotkami - chyba frekvence může dosáhnout 4% a napětí až 10%. Kromě toho jsou asynchronní generátory kritické pro zapínací proud. Proto se doporučuje provozovat je společně se stabilizátory a v některých případech, například pro plynulý rozběh elektromotoru, může být zapotřebí frekvenční měnič.

Invertorové generátory

Invertorový generátor FUBAG Ti 3200

Invertorový generátor je konvenční asynchronní generátor, na jehož výstupu je nainstalován další stabilizátor výstupních parametrů.

Funguje to následovně: napětí generované asynchronním generátorem jde do střídače, kde je nejprve usměrněno, a z výsledného stejnosměrného napětí se pak vytvoří pulzy dané frekvence a pracovního cyklu. Na výstupu zařízení jsou tyto impulsy převedeny na sinusové napětí s téměř dokonalými technickými charakteristikami.

Pohon alternátoru

Generátor benzínu na zelené louce GF4500E

V domácích podmínkách je rotor generátoru poháněn spalovacími motory (ICE), které pracují na palivech, jako je benzín nebo nafta. Současně je životnost benzínových generátorů vybavených push-pull ICE přibližně 500 hodin ročně (ne více než 4 hodiny denně); čtyřtaktní ICE dosahuje 5 000 hodin ročně.

Doporučujeme používat benzínové elektrické generátory pro krátkodobé výpadky proudu a / nebo pro vycházky do přírody.

Generátory na motorovou naftu se vyznačují vysokým výkonem a mnohem odolnějším benzínem. Mezi nimi jsou modely se vzduchovým a kapalinovým chlazením. Vzduchem chlazené jednotky se doporučují pro použití v místech, kde je elektřina často vypnuta na dlouhou dobu.

Dieselový generátor ONIS VISA P 14 FOX

Používání takových domácích spotřebičů je velmi jednoduché - musíte doplnit palivo do nádrže, otočit klíčem, abyste nastartovali motor a připojili náklad. Jejich ovládací panel je vybaven všemi potřebnými a intuitivními nápisy a symboly.

Kapalinou chlazené dieselové generátory jsou zařízení ve zcela jiné kategorii. Jsou schopni pracovat celé dny a používají se hlavně v podnicích jako záložní zdroje energie.

Průmyslové generátory určené k výrobě střídavého proudu a jeho dodávce spotřebitelům na velké vzdálenosti pomocí vedení vysokého napětí (přenosová vedení) fungují aktivací hydraulických nebo parních turbín. V takových jednotkách je rotorový mechanismus spojen přímo s turbínovým kolem.

Turbínové generátory se vyznačují vysokým výkonem (až 100 000 kW) a jsou schopny generovat střídavý proud s napětím do 16 kV. Délka a průměr jejich rotoru mohou dosáhnout 6,5 a 15 metrů, a rychlost otáčení rotoru je v rozmezí 1500 ... 3000 ot / min.Tyto jednotky instalujte v oddělených místnostech na speciálně připravené betonové podklady.

Možnosti a možnosti domácích elektrických generátorů

Pro snadné použití výrobci vybavují své výrobky řadou užitečných možností, mezi něž patří:

  • zařízení pro automatické spuštění jednotky při výpadku napájení
  • přítomnost vestavěné RCD, odpojující zařízení od sítě během poruchy izolace a výskyt svodového proudu;
  • řídit parametry a zobrazovat je na displeji;
  • ochrana proti přetížení.

Pokud je zátěž připojena k elektrickému generátoru, jehož hodnota bude nižší než jmenovitá hodnota, začne jednotka „spotřebovávat“ část kapalného paliva pro nic za nic, aniž by plně využila svých schopností.

Nebude zbytečné mít v dodávce nastavenou speciální tlumící skříň, zvýšenou palivovou nádrž, kryt chránící jednotku před nízkou teplotou atd.

Instalační funkce

Použití dieselového generátoru

Potenciální vlastník alternátoru se musí před nákupem postarat o přípravu místa instalace. Bez ohledu na to, kde bude taková jednotka nainstalována, uvnitř nebo venku, bude vyžadovat rovnou a pevnou platformu. Instalace elektrického generátoru na nerovném místě povede ke zvýšení vibrací, které urychlí opotřebení součástí a může způsobit selhání drahého zařízení.

Při instalaci generátoru v místnosti je důležité zajistit odsávací větrání. Kromě toho se během provozu jednotky doporučuje ponechat dveře místnosti otevřené, což bude zase vyžadovat instalaci mřížky ve dveřích, která blokuje přístup zvnějšku a hlavně dětí do nebezpečného prostoru.

Elektrický generátor je připojen k síti v přísném souladu s požadavky stanovenými v návodu k obsluze. V tomto případě musí být elektrický kabel připojen za úvodní stroj a elektroměr.

Topení

Větrání

Kanalizace