Генераторы

Генераторы — это устройства, преобразующие другие виды энергии в электрическую. В 1832 году француз Бикси изобрёл генератор.

Генератор состоит из ротора и статора. Ротор расположен в центральной полости статора. Он оснащён магнитными полюсами, создающими магнитное поле. При вращении ротора первичным двигателем происходит передача механической энергии. Магнитные полюса ротора вращаются с высокой скоростью вместе с ротором, вызывая взаимодействие магнитного поля с обмоткой статора. Это взаимодействие приводит к тому, что магнитное поле пересекает проводники обмотки статора, создавая индуцированную электродвижущую силу и тем самым преобразуя механическую энергию в электрическую. Генераторы подразделяются на генераторы постоянного тока и генераторы переменного тока, которые широко используются в промышленности и сельском хозяйстве, национальной обороне, науке и технике, а также в повседневной жизни.

Структурные параметры

Генераторы обычно состоят из статора, ротора, торцевых крышек и подшипников.

Статор состоит из сердечника статора, проволочных обмоток, каркаса и других конструктивных деталей, фиксирующих эти детали.

Ротор состоит из сердечника ротора (или магнитного полюса, магнитного дросселя), обмотки, защитного кольца, центрального кольца, контактного кольца, вентилятора и вала ротора и других компонентов.

Статор и ротор генератора соединены и собраны с помощью подшипников и торцевых крышек, так что ротор может вращаться в статоре и совершать движение по пересечению магнитных силовых линий, тем самым создавая индуцированный электрический потенциал, который выводится через клеммы и подключается к цепи, а затем генерируется электрический ток.

Функциональные особенности

Характеристики синхронного генератора характеризуются главным образом характеристиками работы на холостом ходу и под нагрузкой. Эти характеристики являются важными критериями выбора генератора.

Характеристика холостого хода:При работе генератора без нагрузки ток якоря равен нулю, что называется режимом холостого хода. В это время в трёхфазной обмотке статора двигателя возникает только электродвижущая сила холостого хода E0 (трёхфазная симметрия), создаваемая током возбуждения If, и её величина увеличивается с увеличением If. Однако эти две силы не пропорциональны, поскольку сердечник магнитной цепи двигателя насыщен. Кривая, отражающая зависимость между электродвижущей силой холостого хода E0 и током возбуждения If, называется характеристикой холостого хода синхронного генератора.

Реакция якоря:При подключении генератора к симметричной нагрузке трёхфазный ток в обмотке якоря создаёт вращающееся магнитное поле, называемое полем реакции якоря. Его скорость равна скорости ротора, и оба вращаются синхронно.

Реактивное поле якоря и поле возбуждения ротора синхронных генераторов можно аппроксимировать синусоидальным законом. Их пространственная разность фаз зависит от разности фаз между электродвижущей силой холостого хода E0 и током якоря I. Кроме того, поле реакции якоря также зависит от условий нагрузки. При индуктивной нагрузке генератора поле реакции якоря оказывает размагничивающее действие, приводя к снижению напряжения генератора. Напротив, при емкостной нагрузке поле реакции якоря оказывает намагничивающее действие, увеличивая выходное напряжение генератора.

Характеристики работы под нагрузкой:В основном это касается внешних характеристик и регулировочных характеристик. Внешняя характеристика описывает зависимость между напряжением на зажимах генератора U и током нагрузки I при постоянных номинальной скорости, токе возбуждения и коэффициенте мощности нагрузки. Регулировочная характеристика описывает зависимость между током возбуждения If и током нагрузки I при постоянных номинальной скорости, напряжении на зажимах и коэффициенте мощности нагрузки.

Скорость изменения напряжения синхронных генераторов составляет приблизительно 20–40%. Типичные промышленные и бытовые нагрузки требуют относительно постоянного напряжения. Поэтому ток возбуждения необходимо корректировать по мере увеличения тока нагрузки. Хотя изменение характеристики регулирования противоположно изменению внешней характеристики, она увеличивается для индуктивных и чисто резистивных нагрузок, а для емкостных, как правило, уменьшается.

Принцип работы

Дизельный генератор

Дизельный двигатель приводит в действие генератор, преобразуя энергию дизельного топлива в электрическую. В цилиндре дизельного двигателя чистый воздух, очищенный воздушным фильтром, тщательно смешивается с распыленным под высоким давлением дизельным топливом, впрыскиваемым форсункой. По мере того, как поршень движется вверх, сжимая смесь, её объём уменьшается, а температура быстро растёт, достигая точки воспламенения дизельного топлива. Это воспламеняет дизельное топливо, вызывая бурное сгорание смеси. Быстрое расширение газов затем заставляет поршень двигаться вниз, совершая работу.

Бензиновый генератор

Бензиновый двигатель приводит в действие генератор, преобразуя химическую энергию бензина в электрическую. Внутри цилиндра бензинового двигателя смесь топлива и воздуха быстро сгорает, что приводит к быстрому расширению объёма и перемещению поршня вниз, что приводит к совершению работы.

Как в дизельных, так и в бензиновых генераторах каждый цилиндр работает последовательно в определённом порядке. Усилие, действующее на поршень, преобразуется шатуном во вращательное усилие, которое приводит в движение коленчатый вал. Бесщёточный синхронный генератор переменного тока, установленный соосно с коленчатым валом двигателя, позволяет вращению двигателя приводить в движение ротор генератора. Работая по принципу электромагнитной индукции, генератор создаёт индуцированную электродвижущую силу, генерируя ток через замкнутую цепь нагрузки.