Jenis penjana elektrik dan prinsip kerja mereka

Penjana elektrik adalah mesin atau pemasangan yang direka untuk menukarkan tenaga bukan elektrik ke dalam tenaga elektrik: tenaga mekanikal ke dalam tenaga elektrik, tenaga kimia ke dalam tenaga elektrik, tenaga haba ke dalam tenaga elektrik, dan lain-lain. Pada dasarnya, apabila kita menggunakan perkataan "generator" tenaga ke dalam tenaga elektrik.

Ia boleh menjadi penjana mudah alih diesel atau gasolin, penjana loji kuasa nuklear, penjana kereta, penjana buatan sendiri dari motor elektrik asynchronous, atau penjana kelajuan rendah untuk turbin angin kuasa rendah. Pada akhir artikel, kita akan mengambil sebagai contoh dua penjana yang paling biasa, tetapi pertama kita akan bercakap tentang bagaimana mereka berfungsi.

Satu cara atau yang lain, dari segi fizikal, prinsip operasi setiap penjana mekanikal adalah satu dan sama: fenomena induksi elektromagnetikapabila, apabila medan magnet melintasi konduktor, induksi induksi muncul dalam konduktor ini. Sumber-sumber daya yang membawa kepada pergerakan bersama konduktor dan medan magnet boleh menjadi pelbagai proses, bagaimanapun, akibatnya, emf dan arus mestilah diperolehi dari penjana untuk menggerakkan beban.

Prinsip pengoperasian penjana elektrik - Faraday Law

Prinsip penjana elektrik telah ditemui pada tahun 1831 oleh ahli fizik Inggeris, Michael Faraday. Kemudian, prinsip ini dipanggil undang-undang Faraday. Ia terletak pada hakikat bahawa apabila konduktor melintang tegak ke medan magnet, perbezaan potensi berlaku di hujung konduktor ini.

Penjana pertama dibina oleh Faraday sendiri mengikut prinsip yang dia dapati, ia adalah "cakera Faraday" - penjana unipolar di mana cakera tembaga berputar antara tiang magnet berbentuk tapisan kuda. Peranti menghasilkan arus signifikan dengan voltan yang sedikit.

Ia kemudiannya mendapati bahawa konduktor terlindung individu dalam penjana jauh lebih cekap dari sudut pandangan praktikal daripada cakera konduktif yang kukuh. Dan dalam penjana moden, kini pemutar dawai stator yang digunakan (dalam kes yang paling mudah, gegelung dawai).

Alternator

Sebilangan besar penjana moden adalah alternator segerak. Mereka mempunyai penggulungan utama di stator, dari mana tenaga elektrik yang dihasilkan dialihkan. Penggulungan pengujaan terletak pada rotor, yang mana arus malar dibekalkan melalui sepasang cincin hubungan untuk mendapatkan medan magnet berputar dari pemutar berputar.

Oleh kerana fenomena induksi elektromagnetik, apabila pemutar berputar dari pemacu luaran (contohnya, dari enjin pembakaran dalaman), fluks magnetnya memintas setiap fasa stator yang berliku-liku, dan dengan itu mendorong emf di dalamnya.

Selalunya terdapat tiga fasa, mereka secara fizikal berpindah di sauh relatif dengan satu sama lain sebanyak 120 darjah, jadi arus sinusoidal tiga fasa diperolehi. Fasa boleh dihubungkan dengan corak "bintang" atau "segitiga" untuk mendapatkannya voltan utama standard.

Kekerapan sinusoidal EMF f adalah berkadar dengan kelajuan rotor: f = np / 60, di mana - p ialah bilangan pasangan penambahan magnet bagi pemutar, n ialah bilangan revolusi rotor per minit. Biasanya, kelajuan pemutar maksimum ialah 3000 rpm. Jika anda menyambungkan penerus tiga fasa ke arah pemutar stator penjana segerak sedemikian, anda akan mendapat penjana semasa langsung (ini, dengan cara itu, semua penjana kereta bekerja).

Penjana sinkron tiga mesin

Sudah tentu, penjana segerak klasik mempunyai satu tolak yang serius - pada pemutar ada cincin dan berus kenalan bersebelahan dengannya. Berus menyala dan haus kerana geseran dan hakisan elektrik. Dalam suasana letupan ini tidak dibenarkan. Oleh itu, dalam penerbangan dan penjana diesel, penjana segerak tanpa sentuh, khususnya tiga mesin yang lebih biasa.

Tiga mesin mempunyai tiga mesin dalam satu perumahan: pra-exciter, pengintip dan penjana pada aci umum. Pra-exciter adalah penjana segerak, ia teruja dari magnet kekal pada batang, voltan yang dihasilkannya dibekalkan kepada stator penggulungan penggali.

Stator exciter bertindak pada penggulungan pada pemutar yang disambungkan ke penerus tiga fasa yang ditetapkan kepadanya, dari mana penggulungan utama penggulungan penjana diberi makan. Penjana menjana semasa di statornya.

Penjana mudah alih gas, diesel dan gasolin

Hari ini sangat biasa di rumah tangga diesel, gas dan penjana petrolyang menggunakan ICE sebagai enjin pembakaran dalaman - enjin pembakaran dalaman yang menghantar putaran mekanikal kepada pemutar penjana.

Penjana bahan api cecair mempunyai tangki bahan bakar, untuk penjana gas - diperlukan untuk membekalkan bahan bakar melalui saluran paip, supaya gas itu dimasukkan ke dalam karburator, di mana ia akan menjadi sebahagian penting dari campuran bahan bakar.

Dalam semua kes, campuran bahan api dibakar dalam sistem omboh, menyebabkan engkol engkol berputar. Ini sama dengan enjin kereta. Crankshaft berputar rotor penjana segerak tanpa sentuh (alternator).

Yang terbaik penjana penyongsang loji janakuasa rumah mempunyai bateri terbina dalam untuk mengimbangi perbezaan dan sistem penukaran berganda, dalam peranti sedemikian voltan gantian lebih stabil.

Penjana Kereta

Satu lagi contoh alternator - jenis penjana yang paling biasa di dunia - penjana kereta. Penjana ini secara tradisinya mengandungi pengujaan penggulungan dengan cincin slip pada pemutar dan stator tiga fasa berliku dengan penerus.

Pengawal elektronik terbina dalam memastikan voltan dalam julat yang boleh diterima untuk bateri kereta. Penjana kereta adalah penjana berkelajuan tinggi, kelajuannya boleh mencapai 9000 seminit.

Walaupun pada mulanya semasa diperolehi berselang-seli (petua kutub rotor secara bergantian dan dalam polariti yang berbeza berpotongan tiga fasa stator berliku dengan fluks magnet mereka), maka ia diperbetulkan oleh dioda dan berubah menjadi satu yang sesuai untuk mengecas bateri.

Reka bentuk luar biasa penjana elektrik:

Penjana tenaga percuma

Penjana motor berkuasa super Robert Alexander

Penjana Marx (penjana voltan nadi)

Termomogenerator peltier

Nanogenerators untuk peranti elektronik kecil