Генератори

Генераторите са устройства, които преобразуват други форми на енергия в електрическа енергия. През 1832 г. французинът Бикси изобретява генератора.

Генераторът се състои от ротор и статор. Роторът е разположен в централната кухина на статора. Той има магнитни полюси върху ротора, за да генерира магнитно поле. Докато главният двигател задвижва ротора да се върти, се предава механична енергия. Магнитните полюси на ротора се въртят с висока скорост заедно с ротора, което води до взаимодействие на магнитното поле със статорната намотка. Това взаимодействие кара магнитното поле да пресече проводниците на статорната намотка, генерирайки индуцирана електродвижеща сила и по този начин преобразувайки механичната енергия в електрическа. Генераторите се разделят на генератори на постоянен ток и генератори на променлив ток, които се използват широко в промишленото и селскостопанското производство, националната отбрана, науката и технологиите, както и в ежедневието.

Структурни параметри

Генераторите обикновено се състоят от статор, ротор, крайни капачки и лагери.

Статорът се състои от статорно ядро, намотки от тел, рамка и други структурни части, които фиксират тези части.

Роторът се състои от намотка на сърцевината на ротора (или магнитен полюс, магнитен дросел), предпазен пръстен, централен пръстен, плъзгащ се пръстен, вентилатор и вал на ротора и други компоненти.

Статорът и роторът на генератора са свързани и сглобени чрез лагери и крайни капачки, така че роторът може да се върти в статора и да извършва движението на пресичане на магнитните силови линии, като по този начин генерира индуциран електрически потенциал, който се отвежда през клемите и се свързва към веригата, откъдето се генерира електрически ток.

Функционални характеристики

Производителността на синхронния генератор се характеризира главно с характеристиките на работа на празен ход и под товар. Тези характеристики са важна основа за избора на генератори от потребителите.

Характеристики на празен ход:Когато генераторът работи без товар, токът на котвата е нулев, състояние, известно като работа на отворена верига. В този момент трифазната намотка на статора на двигателя има само електродвижеща сила на празен ход E0 (трифазна симетрия), индуцирана от възбуждащия ток If, и нейната величина се увеличава с увеличаването на If. Двете обаче не са пропорционални, тъй като ядрото на магнитната верига на двигателя е наситено. Кривата, отразяваща връзката между електродвижещата сила на празен ход E0 и възбуждащия ток If, се нарича характеристика на празен ход на синхронния генератор.

Реакция на котвата:Когато генератор е свързан към симетричен товар, трифазният ток в намотката на котвата генерира друго въртящо се магнитно поле, което се нарича поле на реакция на котвата. Неговата скорост е равна на тази на ротора и двете се въртят синхронно.

Реактивното поле на котвата и възбуждащото поле на ротора на синхронните генератори могат да бъдат апроксимирани като разпределени по синусоидален закон. Тяхната пространствена фазова разлика зависи от фазовата разлика във времето между електродвижещата сила на празен ход E0 и тока на котвата I. Освен това, полето на реакция на котвата е свързано и с условията на натоварване. Когато натоварването на генератора е индуктивно, полето на реакция на котвата има размагнитващ ефект, което води до намаляване на напрежението на генератора. Обратно, когато натоварването е капацитивно, полето на реакция на котвата има намагнитващ ефект, което увеличава изходното напрежение на генератора.

Характеристики на работата с товар:Това се отнася главно до външни характеристики и характеристики на регулиране. Външната характеристика описва връзката между напрежението на клемите на генератора U и тока на натоварване I, при постоянна номинална скорост, ток на възбуждане и коефициент на мощност на товара. Характеристиката на регулиране описва връзката между тока на възбуждане If и тока на натоварване I, при постоянна номинална скорост, напрежение на клемите и коефициент на мощност на товара.

Честотата на изменение на напрежението на синхронните генератори е приблизително 20-40%. Типичните промишлени и битови товари изискват относително постоянно напрежение. Следователно, токът на възбуждане трябва да се регулира съответно с увеличаването на тока на натоварване. Въпреки че тенденцията на промяна на регулиращата характеристика е обратна на външната характеристика, тя се увеличава при индуктивни и чисто резистивни товари, докато при капацитивни товари обикновено намалява.

Принцип на работа

Дизелов генератор

Дизеловият двигател задвижва генератор, който преобразува енергията от дизеловото гориво в електрическа енергия. Вътре в цилиндъра на дизеловия двигател, чистият въздух, филтриран от въздушния филтър, се смесва старателно с дизелово гориво, разпръснато под високо налягане, впръскано от горивния инжектор. Докато буталото се движи нагоре, компресирайки сместа, обемът му намалява и температурата се повишава бързо, докато достигне точката на запалване на дизеловото гориво. Това запалва дизеловото гориво, причинявайки бурно горене на сместа. Бързото разширяване на газовете след това принуждава буталото да се насочи надолу, процес, известен като „работа“.

Бензинов генератор

Бензиновият двигател задвижва генератор, който преобразува химическата енергия на бензина в електрическа енергия. Вътре в цилиндъра на бензиновия двигател смес от гориво и въздух претърпява бързо горене, което води до бързо разширяване на обема, което принуждава буталото да се движи надолу, извършвайки работа.

Както в дизеловите, така и в бензиновите генератори, всеки цилиндър работи последователно в определен ред. Силата, упражнявана върху буталото, се трансформира от мотовилката във въртяща се сила, която задвижва коляновия вал. Безчетков синхронен генератор на променлив ток, коаксиално монтиран с коляновия вал на двигателя, позволява въртенето на двигателя да задвижва ротора на генератора. Въз основа на принципа на електромагнитната индукция, генераторът след това произвежда индуцирана електродвижеща сила, генерирайки ток през затворена верига на натоварване.