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Arten von elektrischen Generatoren und die Prinzipien ihrer Arbeit
Ein elektrischer Generator ist eine Maschine oder Anlage, die dazu bestimmt ist, nicht elektrische Energie in elektrische Energie umzuwandeln: mechanische Energie in elektrische Energie, chemische Energie in elektrische Energie, thermische Energie in elektrische Energie usw. Wenn wir heute das Wort „Generator“ verwenden, meinen wir im Grunde genommen einen mechanischen Wandler Energie in elektrische Energie umwandeln.
Dies kann ein tragbarer Diesel- oder Benzingenerator, ein Kernkraftwerksgenerator, ein Autogenerator, ein selbstgebauter Generator aus einem asynchronen Elektromotor oder ein Niedriggeschwindigkeitsgenerator für eine Niedrigleistungswindkraftanlage sein. Am Ende des Artikels werden wir als Beispiel die beiden häufigsten Generatoren betrachten, aber zuerst wollen wir über die Prinzipien ihrer Arbeit sprechen.
Auf die eine oder andere Weise ist aus physikalischer Sicht das Funktionsprinzip jedes der mechanischen Generatoren dasselbe: Phänomen der elektromagnetischen InduktionWenn das Magnetfeld den Leiter kreuzt, entsteht in diesem Leiter eine Induktions-EMK. Die Kraftquellen, die zur gegenseitigen Bewegung des Leiters und des Magnetfelds führen, können verschiedene Prozesse sein. Infolgedessen müssen jedoch immer die EMK und der Strom vom Generator bezogen werden, um die Last anzutreiben.
Das Funktionsprinzip des elektrischen Generators - Faradaysches Gesetz
Das Prinzip des elektrischen Generators wurde bereits 1831 vom englischen Physiker Michael Faraday entdeckt. Später wurde dieses Prinzip das Gesetz von Faraday genannt. Es liegt in der Tatsache, dass, wenn sich der Leiter senkrecht zum Magnetfeld kreuzt, an den Enden dieses Leiters eine Potentialdifferenz auftritt.
Der erste Generator wurde von Faraday selbst nach dem von ihm entdeckten Prinzip gebaut. Es war eine „Faradaysche Scheibe“ - ein unipolarer Generator, bei dem sich eine Kupferscheibe zwischen den Polen eines hufeisenförmigen Magneten drehte. Das Gerät erzeugte einen signifikanten Strom mit einer leichten Spannung.
Es wurde später festgestellt, dass einzelne isolierte Leiter in Generatoren aus praktischer Sicht viel effizienter sind als eine feste leitende Scheibe. Und in modernen Generatoren werden jetzt die Statordrahtwicklungen verwendet (im einfachsten Demonstrationsfall eine Drahtspule).
Lichtmaschine
Die überwiegende Mehrheit der modernen Generatoren sind Synchrongeneratoren. Sie haben eine Ankerwicklung am Stator, von der die erzeugte elektrische Energie abgeleitet wird. Am Rotor befindet sich eine Erregerwicklung, der über ein Paar Kontaktringe ein konstanter Strom zugeführt wird, um ein rotierendes Magnetfeld von einem rotierenden Rotor zu erhalten.
Aufgrund des Phänomens der elektromagnetischen Induktion kreuzt der Rotor, wenn er sich von einem externen Antrieb (z. B. einem Verbrennungsmotor) dreht, nacheinander jede der Phasen der Statorwicklung und induziert somit eine EMK in ihnen.
Meistens gibt es drei Phasen, die physisch um 120 Grad relativ zueinander vor Anker verschoben sind, so dass ein dreiphasiger sinusförmiger Strom erhalten wird. Phasen können in einem "Stern" - oder "Dreieck" -Muster verbunden werden, um zu erhalten Standard-Netzspannung.
Die Frequenz der sinusförmigen EMK ist proportional zur Rotordrehzahl: f = np / 60, wobei - p die Anzahl der Paare magnetischer Pluspunkte des Rotors ist, n die Anzahl der Umdrehungen des Rotors pro Minute ist. Typischerweise beträgt die maximale Rotordrehzahl 3000 U / min. Wenn Sie einen Drehstromgleichrichter an die Statorwicklungen eines solchen Synchrongenerators anschließen, erhalten Sie einen Gleichstromgenerator (dies funktioniert übrigens für alle Fahrzeuggeneratoren).
Synchrongenerator mit drei Maschinen
Natürlich hat der klassische Synchrongenerator ein schwerwiegendes Minus - am Rotor befinden sich Kontaktringe und Bürsten nebenan. Bürsten funken und nutzen sich aufgrund von Reibung und elektrischer Erosion ab. In einer explosionsgefährdeten Atmosphäre ist dies nicht zulässig. In der Luftfahrt und in Dieselgeneratoren sind daher kontaktlose Synchrongeneratoren, insbesondere Drei-Maschinen-Generatoren, häufiger.
Drei Maschinen haben drei Maschinen in einem Gehäuse: einen Vorerreger, einen Erreger und einen Generator auf einer gemeinsamen Welle. Der Vorerreger ist ein Synchrongenerator, er wird von Permanentmagneten auf der Welle angeregt, die von ihm erzeugte Spannung wird der Statorwicklung des Erregers zugeführt.
Der Stator des Erregers wirkt auf die Wicklung am Rotor, die mit einem daran befestigten Dreiphasengleichrichter verbunden ist, von dem die Haupterregungswicklung des Generators gespeist wird. Der Generator erzeugt Strom in seinem Stator.
Tragbare Gas-, Diesel- und Benzingeneratoren
Heute sehr häufig in Haushalten Diesel-, Gas- und Benzingeneratorendie ICE als Verbrennungsmotor verwenden - einen Verbrennungsmotor, der mechanische Rotation auf den Generatorrotor überträgt.
Flüssigbrennstoffgeneratoren haben Kraftstofftanks für Gasgeneratoren - es ist notwendig, Kraftstoff über die Rohrleitung zuzuführen, damit das Gas in den Vergaser eingespeist wird, wo es zu einem integralen Bestandteil des Kraftstoffgemisches wird.
In allen Fällen wird das Kraftstoffgemisch im Kolbensystem verbrannt, wodurch sich die Kurbelwelle dreht. Dies ähnelt einem Automotor. Die Kurbelwelle dreht den Rotor eines berührungslosen Synchrongenerators (Lichtmaschine).
Das Beste Wechselrichtergeneratoren von Heimkraftwerken haben eine eingebaute Batterie zum Ausgleich von Unterschieden und ein Doppelumwandlungssystem, in solchen Geräten ist die Wechselspannung stabiler.
Auto-Generatoren
Ein weiteres Beispiel für einen Generator - den weltweit am häufigsten verwendeten Generatortyp - Auto-Generator. Dieser Generator enthält traditionell eine Erregerwicklung mit Schleifringen am Rotor und eine dreiphasige Statorwicklung mit Gleichrichter.
Der eingebaute elektronische Regler hält die Spannung im akzeptablen Bereich für eine Autobatterie. Ein Autogenerator ist ein Hochgeschwindigkeitsgenerator, dessen Geschwindigkeit 9000 pro Minute erreichen kann.
Obwohl der Strom anfänglich abwechselnd erhalten wird (die Polspitzen des Rotors wechseln sich abwechselnd und in unterschiedlicher Polarität mit ihren Magnetflüssen in den drei Phasen der Statorwicklung ab), wird er durch Dioden gleichgerichtet und in eine konstante umgewandelt, die zum Laden der Batterie geeignet ist.
Ungewöhnliche Designs von elektrischen Generatoren:
Robert Alexanders supereffizienter Motorgenerator
Siehe auch auf i.electricianexp.com
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