Τύποι ηλεκτρικών γεννητριών και τις αρχές της δουλειάς τους

Μια ηλεκτρική γεννήτρια είναι μια μηχανή ή μια εγκατάσταση που έχει σχεδιαστεί για τη μετατροπή της μη ηλεκτρικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια: μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια, χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια, θερμική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια κλπ. Σήμερα, βασικά, όταν χρησιμοποιούμε τη λέξη "γεννήτρια" ενέργειας στην ηλεκτρική ενέργεια.

Μπορεί να είναι μια φορητή γεννήτρια πετρελαίου ή βενζίνης, μια γεννήτρια πυρηνικού σταθμού, μια γεννήτρια αυτοκινήτων, μια οικιακή γεννήτρια από έναν ασύγχρονο ηλεκτροκινητήρα ή μια γεννήτρια χαμηλής ταχύτητας για μια ανεμογεννήτρια χαμηλής ισχύος. Στο τέλος του άρθρου, θα λάβουμε ως παράδειγμα τις δύο πιο συνηθισμένες γεννήτριες, αλλά πρώτα θα μιλήσουμε για το πώς λειτουργούν.

Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, από φυσική άποψη, η αρχή λειτουργίας κάθε μηχανικής γεννήτριας είναι η ίδια: φαινόμενο ηλεκτρομαγνητικής επαγωγήςόταν, όταν το μαγνητικό πεδίο διασχίζει τον αγωγό, εμφανίζεται στον επαγωγικό αγωγό αυτό η επαγωγή. Οι πηγές της δύναμης που οδηγούν στην αμοιβαία κίνηση του αγωγού και του μαγνητικού πεδίου μπορεί να είναι διάφορες διαδικασίες, ως αποτέλεσμα, το emf και το ρεύμα πρέπει πάντοτε να λαμβάνονται από τη γεννήτρια για να τροφοδοτεί το φορτίο.

Η αρχή της λειτουργίας της ηλεκτρικής γεννήτριας - Νόμος Faraday

Η αρχή της ηλεκτρικής γεννήτριας ανακαλύφθηκε το 1831 από τον Αγγλικό φυσικό Michael Faraday. Αργότερα, αυτή η αρχή ονομάστηκε νόμος του Faraday. Βρίσκεται στο γεγονός ότι όταν ο αγωγός διασχίζει κάθετα προς το μαγνητικό πεδίο, εμφανίζεται διαφορά δυναμικού στα άκρα αυτού του αγωγού.

Η πρώτη γεννήτρια κατασκευάστηκε από τον ίδιο τον Faraday σύμφωνα με την αρχή που ανακάλυψε, ήταν ένας "δίσκος Faraday" - μια μονοπολική γεννήτρια στην οποία περιστράφηκε ένας δίσκος χαλκού ανάμεσα στους πόλους ενός μαγνητικού σχήματος πετάλου. Η συσκευή παρήγαγε σημαντικό ρεύμα με μικρή τάση.

Στη συνέχεια διαπιστώθηκε ότι οι ατομικοί μονωμένοι αγωγοί στις γεννήτριες είναι πολύ πιο αποτελεσματικοί από πρακτική άποψη από έναν στερεό αγώγιμο δίσκο. Και στις σύγχρονες γεννήτριες, είναι τώρα οι περιελίξεις συρμάτων στάτορα που χρησιμοποιούνται (στην απλούστερη περίπτωση επίδειξης, ένα πηνίο σύρματος).

Εναλλάκτης

Η συντριπτική πλειοψηφία των σύγχρονων γεννητριών είναι σύγχρονοι εναλλάκτες. Έχουν μια άγκυρα περιέλιξη στον στάτορα, από τον οποίο εκτρέπεται η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια. Μία περιέλιξη διέγερσης εντοπίζεται στον δρομέα, στον οποίο παρέχεται σταθερό ρεύμα διαμέσου ενός ζεύγους δακτυλίων επαφής για να ληφθεί ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο από ένα περιστρεφόμενο ρότορα.

Λόγω του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, όταν ο ρότορας περιστρέφεται από μια εξωτερική κίνηση (για παράδειγμα, από μια μηχανή εσωτερικής καύσης), η μαγνητική ροή της διασχίζει κάθε μία από τις φάσεις της περιέλιξης στάτορα με τη σειρά της και έτσι προκαλεί ένα emf σε αυτά.

Τις περισσότερες φορές υπάρχουν τρεις φάσεις, είναι φυσικά μετατοπισμένες στην άγκυρα σε σχέση μεταξύ τους κατά 120 μοίρες, έτσι αποκτάται ένα τριφασικό ημιτονοειδές ρεύμα. Οι φάσεις μπορούν να συνδεθούν με μοτίβο "άστρο" ή "τρίγωνο" για να ληφθούν τυπική τάση δικτύου.

Η συχνότητα του ημιτονοειδούς ηλεκτρομαγνητικού πεδίου είναι ανάλογη με την ταχύτητα του δρομέα: f = np / 60, όπου - p είναι ο αριθμός ζευγών μαγνητικών πλήθους του δρομέα, n είναι ο αριθμός στροφών του δρομέα ανά λεπτό. Τυπικά, η μέγιστη ταχύτητα του δρομέα είναι 3000 σ.α.λ. Αν συνδέσετε έναν τριφασικό ανορθωτή στις περιελίξεις του στάτορα μιας τέτοιας σύγχρονης γεννήτριας, θα έχετε μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος (αυτό, παρεμπιπτόντως, λειτουργεί για όλες τις γεννήτριες αυτοκινήτων).

Συγχρονισμένη γεννήτρια τριών μηχανών

Φυσικά, η κλασική σύγχρονη γεννήτρια έχει ένα σοβαρό μείον - στον ρότορα υπάρχουν δακτύλιοι επαφής και βούρτσες δίπλα τους. Οι βούρτσες σπινθήρων και φθοράς λόγω τριβής και ηλεκτρικής διάβρωσης. Σε μια εκρηκτική ατμόσφαιρα αυτό δεν είναι επιτρεπτό. Επομένως, στις αερομεταφορές και στις γεννήτριες ντίζελ, συνηθέστερες σύγχρονες γεννήτριες, και ειδικότερα τρεις μηχανές, είναι πιο συχνές.

Τρία μηχανήματα διαθέτουν τρία μηχανήματα σε ένα περίβλημα: έναν προ-διεγέρτη, έναν διεγέρτη και μια γεννήτρια - σε έναν κοινό άξονα. Ο προ-διεγερτής είναι μια σύγχρονη γεννήτρια, διεγείρεται από μόνιμους μαγνήτες στον άξονα, η τάση που παράγει τροφοδοτείται στην περιέλιξη στάτορα του διεγέρτη.

Ο στάτης του παθογόνου ενεργεί επί της περιέλιξης επί του δρομέα συνδεδεμένου με τριφασικό ανορθωτή στερεωμένο σ 'αυτόν, από τον οποίο τροφοδοτείται η κύρια περιέλιξη διέγερσης της γεννήτριας. Η γεννήτρια παράγει ρεύμα στον στάτορα.

Φορητές γεννήτριες αερίου, πετρελαίου και βενζίνης

Σήμερα πολύ συνηθισμένο στα νοικοκυριά ντίζελ, φυσικού αερίου και βενζίνηςπου χρησιμοποιούν το ICE ως κινητήρα εσωτερικής καύσης - μια μηχανή εσωτερικής καύσης που μεταδίδει μηχανική περιστροφή στον ρότορα γεννήτριας.

Οι γεννήτριες υγρών καυσίμων διαθέτουν δεξαμενές καυσίμου, οι γεννήτριες αερίου πρέπει να τροφοδοτούν καύσιμο μέσω αγωγού, έτσι ώστε το αέριο να τροφοδοτείται στο καρμπυρατέρ, όπου θα μετατραπεί σε αναπόσπαστο μέρος του μείγματος καυσίμου.

Σε όλες τις περιπτώσεις, το μείγμα καυσίμου καίγεται στο σύστημα εμβόλου, προκαλώντας την περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα. Αυτό είναι παρόμοιο με μια μηχανή αυτοκινήτου. Ο στροφαλοφόρος άξονας περιστρέφει τον ρότορα μιας ασύρματης σύγχρονης γεννήτριας (εναλλάκτης).

Το καλύτερο γεννήτριες αντιστροφέων οικιακών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής Έχουν μια ενσωματωμένη μπαταρία για να αντισταθμίσουν τις διαφορές και ένα σύστημα διπλής μετατροπής, σε τέτοιες συσκευές η εναλλασσόμενη τάση είναι πιο σταθερή.

Γεννήτριες αυτοκινήτων

Ένα άλλο παράδειγμα ενός εναλλάκτη - ο πιο συνηθισμένος τύπος γεννήτριας στον κόσμο - γεννήτρια αυτοκινήτων. Αυτή η γεννήτρια παραδοσιακά περιέχει μια περιέλιξη διέγερσης με δακτυλίδια ολίσθησης πάνω στον ρότορα και τριφασική περιέλιξη στάτορα με ανορθωτή.

Ο ενσωματωμένος ηλεκτρονικός ρυθμιστής διατηρεί την τάση εντός της αποδεκτής περιοχής για μια μπαταρία αυτοκινήτου. Μια γεννήτρια αυτοκινήτων είναι μια γεννήτρια υψηλής ταχύτητας, οι ταχύτητές της μπορεί να φθάσουν τα 9000 ανά λεπτό.

Αν και αρχικά λαμβάνεται εναλλασσόμενο ρεύμα (οι άκρες πόλων του δρομέα εναλλάξ και σε διαφορετική πολικότητα διασταυρώνουν τις τρεις φάσεις της περιέλιξης του στάτορα με τις μαγνητικές ροές τους), τότε διορθώνεται με διόδους και μετατρέπεται σε σταθερές κατάλληλες για τη φόρτιση της μπαταρίας.

Ασυνήθιστα σχέδια ηλεκτρικών γεννητριών:

Ελεύθερες γεννήτριες ενέργειας

Η εξαιρετικά αποδοτική γεννήτρια κινητήρων του Robert Alexander

Γεννήτρια Marx (γεννήτρια τάσης παλμού)

Θερμογεννήτρια Peltier

Nanogenerators για μικροσκοπικές ηλεκτρονικές συσκευές