Как вырабатывает электричество генератор


Принцип работы и схема генератора переменного тока

Представить себе жизнь современного человека без электричества крайне сложно. Даже те люди, которые отдалены от цифровых технологий и Интернета, все равно пользуются бытовыми приборами, которые работают на электрической энергии. Часто для ее производства используют генератор переменного тока, ведь именно ток такого поля используется всеми бытовыми установками, подается во все квартиры и частные дома. Упомянутый выше прибор был изобретен уже достаточно давно, но он до сих пор не утратил своей популярности и применяется во многих сферах жизни людей. Про устройство генератора и принцип его работы рассказано в данной статье.

Что такое генератор переменного тока, и кто его изобрел

Генератор переменного тока представляет собой специализированную электрическую установку, которая преобразует механическую энергию в электрическую. Последняя обладает переменной характеристикой. Само превращение основано на механическом вращении катушки из проволоки внутри магнитного поля.

Демонстрация рассматриваемого прибора в разрезе

К сведению! Практически все современные генераторы используют для получения электроэнергии вращающееся магнитное поле, а не катушку.

Как уже было сказано, электрический ток вырабатывается не только при механическом движении катушки в поле магнита, но и тогда, когда силовые линии магнита, находящегося во вращательном движении, пересекают витки катушки. Таким образом появляющиеся электроны начинают свое движение к положительному полюсу магнита, а сам электроток протекает от плюсового полюса к минусовому.

Ток индуцируется в проводнике (катушке). Его течение отталкивает магнит, когда рамка катушки подходит к нему, и отталкивает его, когда рамка удаляется. Его говорить проще, то ток каждый раз меняет свою ориентацию относительно полюсов магнита. Это и вызывает такое явление, как переменный электрический ток.

Демонстрация прибора с помощью простого магнита и контура

Данное приспособление появилось еще в 1832 г. благодаря стараниям Н. Тесла. Именно тогда был создал самый первый однофазный синхронный генератор переменного электрического тока. Самые первые установки производили только постоянный ток, а рассматриваемый генератор переменной характеристики некоторое время не мог найти своего практического применения. Это длилось не долго, так как люди быстро поняли, что переменный ток использовать гораздо практичнее, чем постоянный.

Обратите внимание! Преимущество новой технологии заключалось в том, что такой электроток было легче выработать, а на обслуживание приборов уходило в разы меньше времени и ресурсов, чем на аналоги, работающие на постоянном токе.

Именно благодаря переменному току и его генератору смогли появиться на свет такие электроприборы, как радиоприемник, магнитофон и другие более поздние автоматические и электротехнические установки, без которых представить жизнь современного человека нельзя.

Использование графика для демонстрации переменного и постоянного электротоков

Характеристики генератора переменного тока

Основные технические характеристики генератора переменного тока: внешняя, скоростная регулировочная и токоскоростная. Внешняя характеристика определяется, как зависимость напряженности прибора от генерируемого им тока. Она является константой и может быть определена в процессе самостоятельного и независимого возбуждения.

Скоростная регулировочная характеристика чаще всего высчитывается исходя из нескольких величин электротока нагрузки. Самое маленькое значение возбуждения находится при нагрузочном токе, равном нулю (частота вращений при этом максимальная).

Последняя токоскоростная характеристика определяется как одна из самых важных при выборе или создании генератора. Практически все новые генераторы могут самостоятельно ограничивать свой максимальный ток.

Обратите внимание! Делается это для того, чтобы частота вращения роторов не увеличивалось до частоты индуцированного стартера.

Простой индукционный генератор для использования дома и на предприятии

Принцип работы генератора

Пришло время рассмотреть устройство генератора перемененного тока и принцип его действия. Он заключается в том, что в электроустановке используют специальную систему, которая при функционировании производит магнитный поток большой мощности.

За основу взято два сердечника, изготовленных из электротехнической стали. Пазы одного сердечника предполагают размещение обмотки, которая отвечает за генерацию потока магнитных волн. Второй же используется для индукции электродвижущей силы.

Обычно сердечник, который расположен внутри, находится в горизонтальном или вертикальном положении и вращается по соответствующим орбитам. Его называют ротором. Второй же сердечник, называемый статором, как понятно из его названия, остается в неподвижном состоянии. Чем меньшее расстояние будет между этими элементами, тем больше вырастет индуктивность магнитного потока. Далее рассмотрены назначение устройства и работа генератора переменного тока.

Рассмотрение строения электрогенератора на практике

Назначение генератора переменного тока

Переменные генераторы тока применяют уже достаточно давно. За последние годы сфера применения стала еще более обширной. Используются такие приборы не только в промышленных, но и в бытовых целях. Производственные электроустановки представляют собой самый выгодный вариант для генерации электроэнергии, используемой на заводах и предприятиях, учебных учреждениях, торговых центрах и т. д. Также такие генераторы позволяют значительно ускорить строительство того или иного сооружения в тех местах, где нет возможности провести линию электропередачи.

В быту такие устройства также применяются. Они обладают более компактными размерными характеристиками и универсальностью. Часто их используют для питания частных домов, дачных участков или коттеджей.

Обратите внимание! Бытовые и производственные генераторы перемененного тока пользуются популярностью практически во всех сфера жизни человека. Особенно они полезны там, где постоянно возникают перебои с подачей электроэнергии или ее нет вообще.

Возбуждение генератора переменного тока

Как устроен генератор переменного тока

Устройство генератора крайне простое. Он состоит из двух основных частей: подвижной (ротор или индуктор) и неподвижной (статор или якорь). В ГПТ ротором выступает электрический магнит, создающий магнитное поле, которое и принимает статор. Поверхность якоря обладает впадинами, которые называются пазами. В них виднеется обмотка катушки, выступающей в роли проводника.

Обратите внимание! Обычно якорь изготавливают их спрессованных листов стали толщиной не более 0,3 мм. Их изоляционный слой представляет собой простое лаковое покрытие.

Ротор устанавливают внутри статора. Его вращение осуществляется с помощью двигателя, мощность которого передается через обычный вал и некоторые опорные элементы. На валу также имеется возбудитель с постоянным значением электротока, питающий им обмотки катушки. Также среди компонентов имеется аккумуляторная батарея, которая инициализирует запуск стартера и может подавать электричество, если его не хватает для запуска двигателя, его работы.

Важно! Основное различие между однофазным и трехфазным генераторами электрического тока заключается в том, какое максимальное напряжение выдается прибором. В первом случае это 220 В, а во втором — и 220, и 380 В.

Устройство установки

Виды генераторов переменного тока

Есть несколько типов классификации генераторов. Наиболее распространенный — по мощности. Они бывают маломощными и высокомощными. Для решения бытовых задач применяются компактная и маломощная электроустановки, которые обычно используется в качестве резервного источника питания.

В последнее время популярность обрели сварочные генераторы. С бензиновыми моделями следует быть осторожным, так как они должны использоваться только по своему прямому назначению. В противном случае их срок эксплуатации истечет намного раньше положенного. Диагностика и ремонт таких приборов — достаточно дорогостоящие, и чаще проще купить новый аппарат.

Еще одно разделение — асинхронные и синхронные генераторы. Они отличаются конструкцией ротора. В синхронном приборе катушка находится на роторе, а в асинхронном на валу есть специальные углубления, которые предназначены для вставки обмотки. Подробнее о них далее.

Маломощный генератор

Асинхронные генераторы

Асинхронные двигатели — это приборы, которые работают в тормозящем режиме. В данной ситуации ротор выполняет вращения только в одном направлении, совпадающем с движением магнитного поля, но немного опережает его.

Обратите внимание! Такие установки практически не подвержены коротким замыканиям и обладают повышенной защитой от воздействия внешних факторов.

Асинхронный генератор

Синхронные генераторы

Синхронный двигатель — это электромеханизм, который работает в режиме генерации электрической энергии. Его особенность в том, что частота вращения стартера, а точнее его магнитного поля, равна частоте вращения ротора.

К сведению! Синхронные обладают роторами, которые выполнены в виде постоянных или электрических магнитах. Полюсов у них может быть и 2, и 4, и 6. Главное, чтобы это число было кратным двум.

Синхронный генератор

Какой ток вырабатывает генератор

Характеристика тока, который вырабатывается генератором, зависит от его конструкции. Как уже стало понятно, и переменный генератор, и постоянный генератор содержат в своей конструкции электрический или постоянный магнит, создающий поток магнитного поля. В обоих случаях можно найти обмотку из медного проводника. Она вращается и, занимая различные положения в поле магнита, создает наведенную ЭДС.

Если представить, что обмотка разделена на две одинаковые части, то они поочередно будут занимать то горизонтальное, то вертикальное положение. ЭДС будет сначала максимальной, а затем нулевой. Это и будет генерация переменного тока.

Обратите внимание! Если в процессе полуоборота каким-либо образом переключить потребитель энергии, то он будет получать уже постоянный, но пульсирующий ток. В этом и отличие.

Характеристика переменного и постоянного электрических токов

Схема генератора переменного тока

Принципы работы генератора переменного и постоянного токов уже понятны, как и его основные конструкционные элементы. Необходимо рассмотреть пару схем для обобщения материала и понимания процесса генерации электротока.

Схема обычного устройства генерации электротока

Таким образом, были рассмотрены генератор переменного тока, устройство и принцип его действия.

Принципиальная схема электрического генерирующего устройства

Строение этого аппарата практически не поменялось с момента его создания еще в 1800-х гг. Данное электрооборудование служит для выработки тока, который применяется для бытовых или производственных целей.

Электрогенератор - Electric generator - qaz.wiki

Устройство, преобразующее другую энергию в электрическую.

US NRC изображение современного паротурбинного генератора (ПТГ).

В производстве электроэнергии , A - генератор представляет собой устройство , которое преобразует движущую силу ( механическая энергия ) в электрическую энергию для использования во внешнем контуре . Источники механической энергии включают паровые турбины , газовые турбины , водяные турбины , двигатели внутреннего сгорания , ветряные турбины и даже ручные кривошипы . Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея , был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем . Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей .

Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем , а двигатели и генераторы имеют много общего. Многие двигатели могут иметь механический привод для выработки электроэнергии; часто они делают приемлемые ручные генераторы.

Терминология

Электромагнитные генераторы делятся на две большие категории: динамо-машины и генераторы переменного тока.

Механически генератор состоит из вращающейся части и неподвижной части:

Одна из этих частей генерирует магнитное поле, другая имеет проволочную обмотку, в которой изменяющееся поле индуцирует электрический ток:

Якорь может находиться либо на роторе, либо на статоре, в зависимости от конструкции, с катушкой возбуждения или магнитом на другой части.

История

До открытия связи между магнетизмом и электричеством были изобретены электростатические генераторы . Они работали на принципах электростатики , используя движущиеся электрически заряженные ленты, пластины и диски, которые переносили заряд на электрод с высоким потенциалом. Заряд генерировался одним из двух механизмов: электростатической индукцией или трибоэлектрическим эффектом . Такие генераторы генерировали очень высокое напряжение и слабый ток . Из-за своей неэффективности и сложности изолирования машин, вырабатывающих очень высокое напряжение, электростатические генераторы имели низкие номинальные мощности и никогда не использовались для выработки коммерчески значимых количеств электроэнергии. Их единственное практическое применение заключалось в питании первых рентгеновских трубок , а затем и некоторых ускорителей атомных частиц .

Генератор диска Фарадея

Диск Фарадея был первым электрическим генератором. Магнит в форме подковы (A) создавал магнитное поле через диск (D) . Когда диск поворачивался, это индуцировало электрический ток радиально наружу от центра к ободу. Ток выходил через скользящий пружинный контакт m , через внешнюю цепь и обратно в центр диска через ось.

Принцип действия электромагнитных генераторов был открыт в 1831–1832 годах Майклом Фарадеем . Принцип, позже названный законом Фарадея , заключается в том, что электродвижущая сила создается в электрическом проводнике, который окружает переменный магнитный поток .

Он также построил первый электромагнитный генератор, названный диском Фарадея ; тип униполярного генератора , использующий медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита . Он производил небольшое постоянное напряжение .

Эта конструкция была неэффективной из - за отмены самостоятельно противотоков тока в областях диска , которые не находились под воздействием магнитного поля. В то время как ток индуцировался непосредственно под магнитом, он циркулировал в обратном направлении в областях, которые были вне влияния магнитного поля. Этот противоток ограничивал мощность, подаваемую на провода датчика, и вызывал избыточный нагрев медного диска. Более поздние униполярные генераторы решат эту проблему, используя массив магнитов, расположенных по периметру диска, чтобы поддерживать эффект постоянного поля в одном направлении тока.

Другим недостатком было то, что выходное напряжение было очень низким из-за единственного пути тока через магнитный поток. Экспериментаторы обнаружили, что использование нескольких витков провода в катушке может производить более высокие и полезные напряжения. Поскольку выходное напряжение пропорционально количеству витков, генераторы можно легко спроектировать для получения любого желаемого напряжения путем изменения числа витков. Проволочные обмотки стали основой всех последующих конструкций генераторов.

Джедлик и явление самовозбуждения

Независимо от Фарадея, Аньос Йедлик в 1827 году начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он назвал электромагнитными самовращающимися роторами . В прототипе однополюсного электростартера (законченного между 1852 и 1854 годами) как неподвижная, так и вращающаяся части были электромагнитными. Это было также открытие принципа самовозбуждения динамо , который пришел на смену постоянным магнитам. Он также, возможно, сформулировал концепцию динамо-машины в 1861 году (до Сименса и Уитстона ), но не запатентовал ее, так как думал, что не был первым, кто это понял.

Генераторы постоянного тока

Эта большая сильноточная динамо - машина с ременным приводом вырабатывала 310 ампер при напряжении 7 вольт. Динамо-машины больше не используются из-за размера и сложности коммутатора, необходимого для приложений большой мощности.

Катушка из проволоки , вращающейся в магнитном поле создает ток , который изменяет направление с каждым разворотом на 180 °, переменный ток (АС). Однако для многих ранних применений электроэнергии требовался постоянный ток (DC). В первых практических электрических генераторах, называемых динамо , переменный ток преобразовывался в постоянный ток с помощью коммутатора , набора вращающихся переключающих контактов на валу якоря. Коммутатор менял местами подключение обмотки якоря к цепи каждые 180 ° поворота вала, создавая пульсирующий постоянный ток. Одна из первых динамо-машин была построена Ипполитом Пикси в 1832 году.

Динамо был первым электрическим генератором , способным выдавать мощность для промышленности. Вулрич Электрический генератор 1844, в настоящее время в Thinktank, Бирмингем Музей науки , является самым ранним электрический генератор используется в промышленном процессе. Он использовался фирмой Elkingtons для промышленного гальванического покрытия .

Современная динамо-машина, пригодная для использования в промышленности, была независимо изобретена сэром Чарльзом Уитстоном , Вернером фон Сименсом и Самуэлем Альфредом Варли . Варлей получил патент 24 декабря 1866 года, в то время как Сименс и Уитстон объявили о своих открытиях 17 января 1867 года, последний представил доклад о своем открытии Королевскому обществу .

«Динамо-электрическая машина» использовала автономные катушки электромагнитного поля, а не постоянные магниты для создания поля статора. Конструкция Уитстона была похожа на конструкцию Сименса, с той разницей, что в конструкции Сименса электромагниты статора были включены последовательно с ротором, но в конструкции Уитстона они были параллельны. Использование электромагнитов вместо постоянных магнитов значительно увеличило выходную мощность динамо-машины и впервые позволило выработать высокую мощность. Это изобретение привело к первому значительному промышленному использованию электричества. Например, в 1870-х годах Сименс использовал электромагнитные динамо-машины для питания электродуговых печей для производства металлов и других материалов.

Разработанная динамо-машина состояла из стационарной конструкции, обеспечивающей магнитное поле, и набора вращающихся обмоток, которые вращаются в этом поле. На более крупных машинах постоянное магнитное поле создается одним или несколькими электромагнитами, которые обычно называют катушками возбуждения.

Динамо-машины для генерации большой мощности сейчас редко можно увидеть из-за почти повсеместного использования переменного тока для распределения энергии. До внедрения переменного тока единственными средствами производства и распределения электроэнергии были очень большие динамо-машины постоянного тока. Переменный ток стал доминирующим из-за способности переменного тока легко преобразовываться в и из очень высоких напряжений, чтобы обеспечить низкие потери на больших расстояниях.

Синхронные генераторы (генераторы переменного тока)

Благодаря ряду открытий динамо-машина была заменена многими более поздними изобретениями, особенно генератором переменного тока , который был способен генерировать переменный ток . Обычно это синхронные генераторы (SG). Синхронные машины напрямую подключены к сети и должны быть правильно синхронизированы во время запуска. Более того, их привлекает особый контроль, повышающий стабильность энергосистемы.

Системы генерации переменного тока были известны в простых формах из первоначального открытия Майклом Фарадеем магнитной индукции электрического тока . Сам Фарадей построил первый генератор переменного тока. Его машина представляла собой «вращающийся прямоугольник», работа которого была гетерополярной - каждый активный проводник последовательно проходил через области, где магнитное поле было в противоположных направлениях.

Большие двухфазные генераторы переменного тока были построены британским электриком Дж. Э. Гордоном в 1882 году. Первую публичную демонстрацию «системы генератора переменного тока» провел Уильям Стэнли-младший , сотрудник Westinghouse Electric в 1886 году.

Себастьян Зиани де Ферранти основал Ферранти, Томпсон и Инс в 1882 году для продажи своего генератора переменного тока Ферранти-Томпсона , изобретенного с помощью известного физика лорда Кельвина . Его ранние генераторы генерировали частоты от 100 до 300 Гц . В 1887 году Ферранти спроектировал Дептфордскую электростанцию для Лондонской корпорации электроснабжения с использованием системы переменного тока. После завершения строительства в 1891 году это была первая по-настоящему современная электростанция, вырабатывающая высоковольтную энергию переменного тока, которая затем была уменьшена для использования потребителями на каждой улице. Эта базовая система по-прежнему используется во всем мире.

Небольшой генератор переменного тока для электростанции начала 1900-х годов мощностью 75 кВА с прямым приводом и отдельным генератором возбудителя с ременным приводом.

После 1891 года были введены многофазные генераторы переменного тока для питания токов нескольких различных фаз. Более поздние генераторы были разработаны для изменения частот переменного тока от шестнадцати до примерно ста герц, для использования с дуговой подсветкой, лампами накаливания и электродвигателями.

Самовозбуждение

По мере роста требований к более крупномасштабной выработке электроэнергии возникло новое ограничение: магнитные поля, создаваемые постоянными магнитами. Отвод небольшого количества энергии, генерируемой генератором, на катушку электромагнитного поля, позволял генератору производить значительно большую мощность. Эта концепция получила название самовозбуждения .

Катушки возбуждения включены последовательно или параллельно обмотке якоря. Когда генератор впервые начинает вращаться, небольшое количество остаточного магнетизма, присутствующее в железном сердечнике, создает магнитное поле для его запуска, генерируя небольшой ток в якоре. Он протекает через катушки возбуждения, создавая большее магнитное поле, которое генерирует больший ток якоря. Этот процесс начальной загрузки продолжается до тех пор, пока магнитное поле в сердечнике не выровняется из-за насыщения, и генератор не достигнет установившейся выходной мощности.

Генераторы очень больших электростанций часто используют отдельный генератор меньшего размера для возбуждения катушек возбуждения большей. В случае серьезного повсеместного отключения электроэнергии, когда произошло разделение электростанций, станциям может потребоваться выполнить черный пуск, чтобы возбудить поля своих крупнейших генераторов, чтобы восстановить энергоснабжение потребителей.

Специализированные типы генераторов

Постоянный ток (DC)

Динамо использует коммутаторы для получения постоянного тока. Он самовозбуждается , т. Е. Его полевые электромагниты питаются от собственного выхода машины. Другие типы генераторов постоянного тока используют отдельный источник постоянного тока для питания своих полевых магнитов.

Униполярный генератор

Униполярный генератор - это электрический генератор постоянного тока, содержащий электропроводящий диск или цилиндр, вращающийся в плоскости, перпендикулярной однородному статическому магнитному полю. Между центром диска и ободом (или концами цилиндра) создается разность потенциалов, электрическая полярность которой зависит от направления вращения и ориентации поля.

Он также известен как униполярный генератор , ациклический генератор , дисковая динамо-машина или диск Фарадея . Напряжение обычно низкое, порядка нескольких вольт в случае небольших демонстрационных моделей, но большие исследовательские генераторы могут вырабатывать сотни вольт, а в некоторых системах есть несколько генераторов, подключенных последовательно, для создания еще большего напряжения. Они необычны тем, что могут производить огромный электрический ток, иногда более миллиона ампер , потому что можно сделать униполярный генератор с очень низким внутренним сопротивлением.

Магнитогидродинамический (МГД) генератор

Магнитогидродинамический генератор напрямую извлекает электроэнергию из движущихся горячих газов через магнитное поле без использования вращающихся электромагнитных механизмов. Первоначально МГД-генераторы были разработаны, потому что выходной сигнал плазменного МГД-генератора представляет собой пламя, способное нагревать котлы паровой электростанции . Первой практичной конструкцией был AVCO Mk. 25, разработанный в 1965 году. Правительство США профинансировало существенные разработки, кульминацией которых стала демонстрационная установка мощностью 25 МВт в 1987 году. В Советском Союзе с 1972 года до конца 1980-х годов МГД-установка U 25 регулярно эксплуатировалась в энергосистеме Москвы с рейтинг 25 МВт, самый большой рейтинг МГД в мире на то время. Генераторы MHD, работающие в режиме долива , в настоящее время (2007 г.) менее эффективны, чем газовые турбины комбинированного цикла .

Переменный ток (AC)

Индукционный генератор

Асинхронные двигатели переменного тока могут использоваться как генераторы, преобразующие механическую энергию в электрический ток. Индукционные генераторы работают за счет механического вращения своего ротора со скоростью, превышающей синхронную скорость, что приводит к отрицательному скольжению. Обычный асинхронный двигатель переменного тока обычно можно использовать в качестве генератора без каких-либо внутренних изменений. Индукционные генераторы полезны в таких приложениях, как мини-гидроэлектростанции, ветряные турбины или для уменьшения газовых потоков высокого давления до более низкого давления, поскольку они могут восстанавливать энергию с помощью относительно простых средств управления. Для них не требуется цепь возбудителя, поскольку вращающееся магнитное поле создается индукцией от цепи статора. Они также не требуют оборудования для регулятора скорости, поскольку по своей природе работают на частоте подключенной сети.

Для работы индукционный генератор необходимо возбуждать опережающим напряжением; Обычно это делается путем подключения к электрической сети, или иногда они самовозбуждаются с помощью фазокорректирующих конденсаторов.

Линейный электрогенератор

В простейшем варианте линейного электрического генератора скользящий магнит перемещается вперед и назад через соленоид - катушку с медной проволокой. Переменный ток индуцируется в петлях проволоки закона индукции Фарадея каждый раз , когда магнит скользит через. Этот тип генератора используется в фонарике Фарадея . В волновых схемах питания используются более крупные линейные генераторы электроэнергии .

Генераторы постоянной частоты с регулируемой частотой вращения

Многие попытки использования возобновляемых источников энергии пытаются использовать естественные источники механической энергии (ветер, приливы и т. Д.) Для производства электроэнергии. Поскольку мощность этих источников колеблется, стандартные генераторы, использующие постоянные магниты и фиксированные обмотки, будут выдавать нерегулируемые напряжение и частоту. Накладные расходы на регулирование (перед генератором через редуктор или после генерации электрическими средствами) высоки пропорционально доступной естественной энергии.

Новые конструкции генераторов, такие как асинхронный или индукционный генератор с одинарным питанием, генератор с двойным питанием или генератор с бесщеточным ротором и двойным питанием, находят успех в применениях с регулируемой скоростью и постоянной частотой, таких как ветряные турбины или другие технологии возобновляемой энергии . Таким образом, в определенных случаях использования эти системы предлагают преимущества по стоимости, надежности и эффективности.

Общие варианты использования

Электростанция

Электростанция , также упоминается как электростанция или электростанция , а иногда генерирующей станция или станция , генерирующей , является промышленным объектом для генерации в электроэнергии . Большинство электростанций содержат один или несколько генераторов - вращающуюся машину, которая преобразует механическую энергию в трехфазную электрическую энергию . Относительное движение между магнитным полем и проводником создает электрический ток . Источник энергии, используемый для поворота генератора, сильно различается. Большинство электростанций в мире используют ископаемое топливо, такое как уголь , нефть и природный газ, для выработки электроэнергии. Более чистые источники включают ядерную энергию и растущее использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная , ветровая , волновая и гидроэлектрическая .

Автомобильные генераторы

Дорожная техника

Автотранспортным средствам требуется электрическая энергия для питания своих приборов, поддержания работы двигателя и подзарядки батарей. Примерно до 1960-х годов в автомобилях, как правило, использовались генераторы постоянного тока (динамо- машины ) с электромеханическими регуляторами. Следуя описанной выше исторической тенденции и по многим из тех же причин, они были заменены генераторами переменного тока со встроенными выпрямительными цепями.

Велосипеды

Велосипедам требуется энергия для питания ходовых огней и другого оборудования. На велосипедах используются два распространенных типа генераторов: бутылочные динамо-машины, которые задействуют шину велосипеда по мере необходимости, и динамо-втулки, которые непосредственно прикрепляются к приводной передаче велосипеда. Название условно, поскольку это небольшие генераторы с постоянными магнитами, а не машины постоянного тока с самовозбуждением, как динамо . Некоторые электрические велосипеды способны к рекуперативному торможению , когда приводной двигатель используется в качестве генератора для восстановления некоторой энергии во время торможения.

Парусные лодки

Парусные лодки могут использовать водяной или ветровой генератор для подзарядки аккумуляторов. Небольшой пропеллер , ветряная турбина или крыльчатка подключены к маломощному генератору для подачи токов с типичной скоростью ветра или крейсерской скоростью.

Электрические скутеры

Электросамокаты с рекуперативным торможением стали популярными во всем мире. Инженеры используют системы рекуперации кинетической энергии на скутере, чтобы снизить потребление энергии и увеличить его диапазон до 40-60% за счет простой рекуперации энергии с помощью магнитного тормоза, который генерирует электрическую энергию для дальнейшего использования. Современные автомобили развивают скорость до 25–30 км / ч и могут разгоняться до 35–40 км.

Генераторная установка

Двигатель-генератор представляет собой сочетание электрического генератора и двигателя ( тягача ) смонтированы вместе , чтобы сформировать одну часть автономного оборудования. Обычно используются поршневые двигатели, но также можно использовать газовые турбины. И есть даже гибридные дизель-газовые агрегаты, называемые двухтопливными. Доступно множество различных версий двигателей-генераторов - от очень маленьких переносных бензиновых агрегатов до больших турбинных установок. Основным преимуществом двигателей-генераторов является возможность независимого электроснабжения, что позволяет использовать их в качестве резервного источника питания.

Электрические генераторы с приводом от человека

Генератор также может приводиться в движение силой мускулов человека (например, в оборудовании полевых радиостанций).

Протестующие на « Захвати Уолл-стрит» используют велосипеды, подключенные к мотору и одностороннему диоду, для зарядки аккумуляторов своей электроники.

Электрогенераторы, приводимые в действие человеком, коммерчески доступны и были проектом некоторых энтузиастов DIY . Обычно такие генераторы работают от педали, переделанного велотренажера или ножного насоса, и их можно практически использовать для зарядки аккумуляторов, а в некоторых случаях они разработаны со встроенным инвертором. Средний «здоровый человек» может стабильно производить 75 Вт (0,1 лошадиных сил) в течение полных восьми часов, в то время как «спортсмен первого класса» может производить примерно 298 Вт (0,4 лошадиных силы) за аналогичный период. По окончании которого потребуется неопределенный период отдыха и восстановления. При мощности 298 Вт средний «здоровый человек» истощается в течение 10 минут. Полезная электрическая мощность, которая может быть произведена, будет меньше из-за эффективности генератора. Переносные радиоприемники с рукояткой сделаны для снижения требований к приобретению батарей, см. Радиоприемник с часовым механизмом . В середине 20-го века радиоприемники с педальным приводом использовались повсюду в австралийской глубинке для обеспечения школьного образования ( Воздушная школа ), медицинских и других нужд на удаленных станциях и в городах.

Механическое измерение

Тахогенератор - это электромеханическое устройство, вырабатывающее выходное напряжение, пропорциональное скорости вращения вала. Его можно использовать для индикатора скорости или в системе управления скоростью с обратной связью. Тахогенераторы часто используются для питания тахометров для измерения скорости электродвигателей, двигателей и оборудования, которое они питают. Генераторы генерируют напряжение, примерно пропорциональное скорости вала. Благодаря точной конструкции и конструкции генераторы могут быть сконструированы так, чтобы производить очень точные напряжения для определенных диапазонов скоростей вала.

Эквивалентная схема

Эквивалентная схема генератора и нагрузки.
  • G, генератор
  • V G , напряжение холостого хода генератора
  • R G , внутреннее сопротивление генератора
  • V L , напряжение генератора под нагрузкой
  • R L , сопротивление нагрузки

Эквивалентная схема генератора и нагрузки показана на соседней диаграмме. Генератор представляет собой абстрактный генератор, состоящий из идеального источника напряжения и внутреннего импеданса. Параметры генератора и его параметры могут быть определены путем измерения сопротивления обмотки (с поправкой на рабочую температуру ) и измерения напряжения холостого хода и напряжения нагрузки для определенной токовой нагрузки. Vграмм{\ displaystyle V _ {\ text {G}}}рграмм{\ displaystyle R _ {\ text {G}}}

Это простейшая модель генератора, для более точного представления могут потребоваться дополнительные элементы. В частности, можно добавить индуктивность, чтобы учесть обмотки машины и магнитный поток рассеяния, но полное представление может стать гораздо более сложным, чем это.

Смотрите также

Ссылки

Генератор электрического тока: виды приборов, принцип работы

Выбор генератора — процесс, который во многом опирается на личные предпочтения. Для кого-то предпочтительны мобильность с малым весом. Другим важна автоматизация, длительная работа при любых условиях. Но в любом случае надо опираться ещё и на подходящую мощность. Есть другие параметры, способные сказаться на итоговом решении, когда выбирают генератор электрического тока.

Как работает

В камерах двигателя размещается сжатое топливо, которое может воспламеняться. В процессе горения образуются газы, начинающие вращать коленвал. Из-за этого начинает работать ротор альтернатора. В статоре образуется магнитное поле.

Электрический генератор

Результат процессов, описанных ранее, — появление индукционного электрического тока в обмотке. Он доступен для потребления сразу на выводе устройства, любыми другими приборами. Поездки на природу, резервное питание — ситуации, когда подобные решения становятся актуальными. В этом случае электрический генератор незаменим.

Типы генераторов

Одна из классификаций генераторов основана на источнике, из которого поступает энергия. Ток в результате работы внутренних компонентов тоже выделяется разный, что помогает выделить и другие группы. У каждой разновидности свои особенности, положительные и отрицательные стороны.

Бензиновый

В большинстве своём мощность таких устройств не превышает 20 кВт. Сфера использования приборов достаточно широкая:

  • Загородные дома.
  • Дачи.
  • Питание ручных электроинструментов.
  • Небольшие станки, и так далее.
Модели

Освещение придомовой территории, торговых площадей, автомобильных стоянок — работы, выполнение которых для таких видов генераторов электрического тока не представляет хлопот.

Интересно! АИ-92 — марка бензина, которая стандартно выступает в качестве источника топлива для большинства моделей. 76 и 95 — разновидности топлива, которые тоже разрешают использовать, но кратковременно.

Бензиновые генераторы для переменного тока бывают мобильными, либо стационарными. Колёсной парой оснащают установки, характеризующиеся повышенной мощностью. Ручной запуск или стартер применяют в равной степени, в зависимости от основных характеристик модели. Звукопоглощающий кожух используют, чтобы работа устройства была не такой шумной.

Дизельные

Мощность приборов этого класса может достигать 3 мВт. Для загородных домов и дач это неплохие источники постоянной энергии. Мощное деревообрабатывающее оборудование тоже часто питается за счёт автономных дизельных источников переменного электрического тока. То же касается станков с другим назначением. Дизель-генераторы иногда используют для обеспечения током целых посёлков.

Внутреннее устройство

Установки и в этом случае отличаются стационарным либо мобильным исполнением. Отличительная черта — шумная работа. Поэтому в некоторых случаях не обойтись без специальных кожухов, поглощающих звуки от электрических генераторов.

Дизель-генераторы отличаются от бензиновых аналогов уменьшенным потреблением топлива. И сами исходные материалы стоят дешевле. У дорогих моделей поддерживаются дополнительные функции:

  • Управление процессом генерации энергии.
  • Автоматическое включение в работу при возникновении аварийных ситуаций.

Газовые

При выборе главное — определиться, в каком режиме оборудование будет работать на постоянной основе. Здесь специалисты дают несколько рекомендаций:

  • При организации полного автономного электроснабжения дома рекомендуется отдать предпочтение моделям с жидкостным охлаждением ДВС, рассчитанным на бесперебойную эксплуатацию.
  • Резервные модели актуальны, если на территории участка часто отключают свет. Обычно они не могут работать дольше 10-20 часов. После этого требуется перерыв, не обойтись и без технического регламентного обслуживания.
Запуск

Устройства могут работать на сжиженном либо природном газе. Последний вариант больше подходит для приспособлений, настроенных на основное энергосбережение. Резервные варианты лучше применять совместно с баллонами сжиженного газа. Сейчас выпускаются модели, поддерживающие обе разновидности топлива сразу.

Некоторые допускают работу с помощью бензина. Поэтому можно не волноваться о том, что владельцы останутся без электричества.

Классификация генераторов

Существует несколько признаков, на основании которых электрический генератор можно отнести к одной из разновидностей:

  • Сфера применения.
  • Режимы работы.
  • Фазность.
  • Автономность.
Эксплуатация

По каждому из признаков надо изучить модель заранее, тогда и выбор проще будет сделать.

Автономность

Полная независимость от централизованных источников энергии — одно из главных преимуществ, которыми обладают современные генераторы. В зависимости от этого показателя, модели делятся на мобильные либо стационарные.

Стационарные

Речь идёт о генераторных станциях, в основе работы которых — дизельные двигатели. Подходят для снабжения электрической энергии потребителей, удалённых от других подобных объектов. Обеспечивают снабжение током на тех территориях, где даже малейшая остановка производственных процессов приведёт к серьёзным негативным последствиям.

Мобильные

Чаще всего эти агрегаты — самые компактные. Допускают перемещение в пространстве установки. У передвижных станций сфера применения довольно широка:

  1. Электросварка.
  2. Местное освещение.
  3. Снабжение током бытовых электроприборов, и так далее.
Обслуживание и ремонт

Внутри оборудования размещают двигатель внутреннего сгорания, который способен работать на дизельном топливе либо бензине. Агрегаты отличаются друг от друга по габаритам. Одного человека хватает, чтобы перемещать только самые маленькие устройства. Но есть мобильные варианты, монтаж которых проводят на автомобильных прицепах.

Фазность

Агрегаты разделяют на трёх- и однофазные в зависимости от внутренней структуры устройств.

Однофазные

Отличаются способностью производить однофазный ток. Питание бытовых приборов — главное назначение устройств. Обычно аппараты выпускают мобильными, чтобы с ними было проще обращаться. Частные домовладения — объекты, внутри которых однофазные агрегаты можно встретить чаще всего. Например — для удовлетворения различных нужд на бытовом уровне.

Трёхфазные

Питание силового электрооборудования — вот в чём состоит основная функция. Иногда происходит разделение такой энергии по нескольким фазам. Для питания электропроводки это очень удобное решение, позволяющее развести линию на несколько частей.

Интересно! Главное — чтобы мощность потребления у всех линий оставалась примерно одинаковой. Генератор быстро выходит из строя, если между значениями образуется серьёзная разница.

Режимы работы

Основные и резервные — две главные разновидности режимов работы согласно этой классификации.

Основные

Такие аппараты созданы, чтобы работать на постоянной основе. Группу промышленных установок представляют мощные электрогенераторы, снабжённые дизельными двигателями. Актуальны для объектов, которым наличие электрической энергии требуется постоянно.

Резервные

По названию легко понять, что такие электрические генераторы применяются лишь в некоторых, исключительно крайних случаях. Например, если централизованное электроснабжение отключают на некоторое время. Такие приборы могут включаться, если срабатывает реле, реагирующее на уменьшение напряжения. Беспрерывная работа допустима только на протяжении нескольких часов.

Сфера применения

Генераторы выпускают с расчётом на два основных направления — бытовые условия либо промышленные объекты.

В быту

Выбор бытовых генераторов на современном рынке порадует любого потребителя, вне зависимости от масштабов и запросов. Обычно выбирают однофазные установки, способные наладить бесперебойное снабжение электрическим током при аварийных ситуациях. Питание выносного электрооборудования — ещё одна сфера применения. Качество тока становится особенно важным показателем, если речь идёт о бытовых электроприборах, применяющих цифровую элементную базу. В этом случае энергия должна обладать такими параметрами: 220 В, 1 А, 50 Ггц.

На даче

При электросварочных работах применяют установки, обладающие повышенной мощностью. Преимущество в том, что для формирования электромеханической дуги вырабатывается ток с серьёзной силой.

Обратите внимание! Если в инструкции не описано сразу применение для электросварки, то стоит отказаться от подобной идеи. Иначе генераторы быстро портятся.

Промышленные объекты

Чаще речь идёт о независимых мощных стационарных установках. Они актуальны для промышленных предприятий и целых жилых районов, больниц, общественных учреждений с высокой проходимостью. Тогда такие механические приспособления актуальны.

Качество эксплуатации: от каких факторов зависит?

Есть некоторые важные параметры, без расчёта которых нельзя сделать правильный выбор.

Для этого надо заранее посчитать, какую мощность потребляют все устройства, установленные дома. Нагрузка от основных потребителей может быть активной и реактивной. Главное — учитывать некоторый запас, применять соответствующие коэффициенты.

Что внутри?

1-1,3 — в таком диапазоне находится коэффициент активной нагрузки для бытовых электрических приборов. 3 — тот же параметр, но для устройств, работающих с реактивной нагрузкой.

Важно! Нужно сложить все виды нагрузки друг с другом, чтобы понять, какой агрегат требуется в том или ином случае. 15% откладывают про запас сверху. Ведь со временем иногда увеличивают количество электрических приборов. При пуске некоторые приборы потребляют гораздо больше энергии, чем указано в сопроводительной документации.

  • Разновидность нагрузки, с которой работает генератор.

Бывают сети с напряжением 220 и 380 В. Многие думают, что последний вариант — универсальный, потому ему и следует отдать предпочтение в большинстве случаев. Но лучше всё-таки остановить выбор на однофазной сети, если нет планов по подключению приборов с соответствующими характеристиками.

Иначе при монтаже электропроводки возникают проблемы, которые не удаётся предвидеть сразу.

  • Разновидности используемого топлива для генерирования тока.

Надёжность большинства современных установок остаётся практически одинаковой. Существенное отличие — только в стоимости приборов и источников энергии для них.

Выбор агрегата

При покупке генератора рекомендуют сразу решить, для каких целей нужна установка. Если это резервный источник питания — учёту подлежит минимальный набор приборов. Чтобы организовать полностью автономную систему, надо посчитать все приборы, добавить к ним минимум 20%.

Работа зимой

Выбирая между бензиновыми и дизельными агрегатами, покупатель должен ответить для себя на несколько вопросов:

  • Количество фаз.
  • Разновидность запуска двигателя для той или иной ситуации.
  • Допустимый уровень по шуму.
  • Необходимый показатель мощности.
  • Траты на приобретение агрегата.
  • Какому производителю решено довериться? Это важно и для неэлектрических установок.

Каким компаниям доверять?

Выпуском электрических генераторов занимаются не только известные компании, но и те, что появились совсем недавно. В имеющемся ассортименте легко запутаться без некоторой подготовки.

Стационарная установка

Отечественному покупателю хорошо известны следующие несколько названий:

  • «Вепрь». Пользуется наибольшим спросом среди российских компаний, занимающихся этим направлением. Мощность находится в диапазоне от 2 до 230 кВт. Генераторы подходят как для бытового, так и для промышленного применения. WAY — модели, подходящие для эксплуатации в домашних условиях.
  • SDMO. Ещё один производитель, модели которого встречаются в большом количестве. Агрегаты и в этом случае с двигателями, работающими на 1 либо на 3 фазах. Мощность, внешнее исполнение — главное отличие между разными моделями. Корпус с шумопоглощением отлично подходит тем, кто использует именно бытовые разновидности генераторов. Воздушное охлаждение, мощность до 10 кВа — характеристики отдельного класса устройств. Они часто снабжаются дополнительными выходами для переменного либо постоянного тока. Электростартер дополняет стационарные разновидности моделей. Они устанавливаются на раме или внутри контейнеров с функцией шумоизоляции.
  • Geko. Производитель с широкой линейкой продукции для любых условий. Создаёт не только бытовые модели, но и варианты с более узкой специализацией. Внутри моделей устанавливают одно- или трёхфазный двигатель в зависимости от того, какие цели преследует потребитель. Запуск — ручной либо его заменяет электростартер. У некоторых моделей есть кожухи, поглощающие шумы. Встроенная панель автоматического запуска тоже становится неплохим дополнением к стандартным электростанциям.

О сварочных генераторах

Пользователи часто интересуются, можно ли соединять с генераторами сварочное оборудование. Производители говорят, что такое возможно, но только для сварочных инверторов. Главное — эксплуатировать оборудование без перегрузки. Это напрямую влияет на продолжительность эксплуатационного срока.

Подключение

Для варки рекомендуют применять электрод не более 2 мм. Больший диаметр нецелесообразно выбирать, это негативно скажется на сварке.

Обеспечение требований безопасности

Обычно генераторы устанавливают вне закрытых мест. Главное — чтобы они находились там, где гарантирована полная защита от осадков, других воздействий внешней среды. Токсичность продуктов выхлопа — главная причина, по которой генераторы запрещается эксплуатировать именно в закрытых помещениях.

Обратите внимание! Твёрдая неподвижная горизонтальная поверхность без возвышений — оптимальная опора для установки. При монтаже надо проследить за тем, чтобы присутствовало свободное пространство площадью минимум 1 квадратный метр. Такое расстояние должно остаться с каждой стороны от генератора. Это необходимо, чтобы организовать свободную циркуляцию воздуха, исключить теплопередачу от генератора в сторону окружающих предметов.

Со стороны выпускного отверстия не должно быть посторонних предметов. Они могут повредить конструкцию либо стать источником дополнительной опасности для неё. На вентиляционные отверстия тоже не должно попадать никаких загрязнений.

К генератору не должны иметь доступ дети и другие посторонние лица. То же касается других людей, которым не знаком принцип безопасной эксплуатации.

Самостоятельный ремонт генераторов под запретом, для этого надо приглашать специалистов.

Нахождения источников пламени, тлеющего горения рядом с агрегатом недопустимо. Иначе преобразовывать энергию безопасно не получится.

Компактные приборы

Дополнительная информация о подключении, эксплуатации

Установку тоже лучше доверить специалистам, чтобы прибор работал в дальнейшем без перебоев. В этом случае он не станет и источником опасности для окружающих. Подключение прибора предполагает соединение его электропроводки с централизованной сетью. Поэтому требуется соблюдение дополнительных правил по безопасности.

Вот основные рекомендации:

  • Когда монтажные работы завершены — агрегат готовят к эксплуатации.
  • Для этого проверяют уровень масла в картере.
  • Такую процедуру осуществляют, пока агрегат находится на ровной горизонтальной поверхности.
  • По мере расходования производят заправку топливом.
  • Если агрегат внутри помещения — при обслуживании обязательно проветрить.
  • Заправка не допускает курение, использование открытого огня.
  • Бензин заливают максимально аккуратно, не допуская протечек.
Один из вариантов

Когда подготовительные работы завершены, двигатель запускают. За это отвечает ручной или электрический стартер, в зависимости от модели.

Генераторы переменного тока на современном рынке представлены в большом количестве моделей. Каждый делает окончательный выбор в зависимости от потребностей, целей использования. Различные системы питания, диапазон мощности определяются объектом, внутри которого монтируют установку. Иногда оценивают доступность конкретных видов топлива на территории того или иного региона. Рекомендуется выбирать модели, обслуживание которых требует наименьших затрат.

Устройство генератора тока | У электрика.ру

Приветствую всех на нашем сайте. Сегодня мы поговорим об устройстве генератора тока. Попробуем максимально охватить данную тему  и рассмотреть устройство  генераторов постоянного и переменного токов.

На самом деле, не совсем верно называть это устройство генератором именно переменного или постоянного тока, поскольку, ток возникает только в замкнутом контуре. В общем, в обмотках генератора возникает ЭДС, а не ток. Ток начинает протекать только тогда, когда к обмоткам подключается какой-либо потребитель. Однако, в этой статье мы будем пользоваться устоявшимися понятиями.

Какие бы ни были электрические генераторы основной их принцип – выработка электрической энергии за счёт вращения обмотки в магнитном поле. Это значит, что можно выделить два схематических вида генераторов: либо мы вращаем магнитное поле в неподвижном проводнике, либо вращаем проводник в неподвижном магнитном поле.

Содержание:

Устройство генератора переменного тока

Итак, относительно устройства генератора переменного тока и принципа его действия.

Наибольшее распространение получили генераторы переменного тока с неподвижным проводником. Обусловлено это тем, что ток возбуждения по отношению к току, который получают с генератора, небольшой. Если посмотрите на картинку, то увидите два кольца, по которым протекает ток обмотки возбуждения и это слабое звено любого генератора с обмоткой возбуждения. То есть, либо по кольцам через щётки мы подаем небольшой ток возбуждения, либо через кольца снимаем большой рабочий ток. В электричестве неподвижная часть генераторов или двигателей, на которой находится обмотка, называется статором. Подвижная часть может называться ротором или якорем.

Основные виды генераторов переменного тока

Видов генераторов довольно много. Попробуем классифицировать их по основным направлениям.

  • По виду используемой энергии:
    • Энергия ветра
    • Энергия газа
    • Энергия жидкого топлива
    • Энергия тепла
    • Энергия воды
  • По типу генератора:
    • Однофазный
    • Трёхфазный
    • Синхронный
    • Асинхронный
    • По количеству полюсов статорной обмотки

Есть и другие типы, но они менее распространены.

  • По типу возбуждения:
    • Независимое возбуждение. В этом случае на одном валу с генератором переменного тока находится еще и генератор постоянного тока, который питает только обмотку возбуждения. Возбуждение в таком случае может выполняться и любым другим источником тока, например, аккумулятором.
    • Самовозбуждение. В этом случае, напряжение для обмотки возбуждения получают непосредственно с используемого генератора.
    • Возбуждение с помощью магнитов, которые располагаются на статоре или на якоре, что значительно упрощает устройство генератора, но с помощью такого способа получить мощные генераторы не получится.
Синхронный генератор : схема, устройство, принцип работы

Что значит синхронный по отношению к двигателю или генератору? Если совсем просто, то частота переменного тока жёстко зависит от скорости вращения ротора электрической машины и наоборот. Таким образом, можно относительно легко контролировать частоту переменного тока. Сам по себе синхронный генератор имеет ряд преимуществ, благодаря которым стал наиболее распространенным. Скажу вам по большому секрету, именно синхронные генераторы используются на всех станциях, где производят электричество.

Приводным двигателем (на схеме обозначен как ПД) может выступать любое вращающее устройство: двигатель, турбина, крыльчатка ветряной мельницы или водяного колеса. На одном валу с ПД находится ротор генератора с обмоткой возбуждения. На обмотку подается постоянное напряжение и вокруг обмотки образуется магнитное поле. Когда ротор вращается, в обмотках статора возникает ЭДС, то есть появляется напряжение, только уже переменное, частота которого зависит от скорости вращения ротора n1 и количества пар полюсов p. Частоту ЭДС можно высчитать по формуле.

Асинхронный генератор: схема, устройство, принцип работы

Устройство асинхронного генератора

Асинхронный генератор, это, по сути, асинхронный двигатель. То есть, любой асинхронный двигатель можно перевести в режим генерации энергии и наоборот. Конструктивно, устройство, которое называют генератором, выполнено таким образом, чтобы иметь хорошее охлаждение. Глубоко останавливаться на принципе действия асинхронных машин не будем, но вкратце расскажу, почему их называют асинхронными на примере двигателя.

Когда на обмотки статора подается напряжение, образуется магнитное поле, у трёхфазных двигателей оно круговое, у однофазных эллипсообразное, стремящееся к круговому. Магнитное поле начинает пересекать витки обмотки статора. В короткозамкнутой обмотке ротора возникает ЭДС, то есть напряжение, а поскольку обмотка короткозамкнутая, по ней начинает протекать ток, который тоже создает магнитное поле. Взаимодействие этих магнитных полей приводит ротор в движение. Что будет, если скорость ротора станет равна скорости магнитного поля, создаваемого статором? Правильно, магнитное поле статора перестанет пересекать обмотку ротора. Это можно сравнить с тем, что две машины двигаются на одинаковой скорости. Вроде бы машины двигаются, но при этом по отношению друг к другу они словно стоят на месте, просто земля с большой скоростью проносится под машинами. Так вот, как только скорость ротора и скорость магнитного поля статора станут одинаковыми, в обмотке ротора перестанет вырабатываться ЭДС, прекратится взаимодействие магнитных полей статора и ротора и ротор начнёт останавливаться. Поэтому скорость вращения ротора асинхронного двигателя всегда несколько меньше скорости вращения магнитного поля статора и эта величина называется скольжение.

Так вот, чтобы асинхронный двигатель стал генератором, надо определить скольжение и увеличить скорость вращения ротора на эту величину. Допустим, мы имеем однополюсный трехфазный асинхронный двигатель со скоростью вращения вала 2800 оборотов. Если бы такой двигатель был синхронным, скорость вращения составила бы 3000 оборотов. То есть скольжение составляет 200 оборотов в минуту. Это значит, что если мы начнём вращать ротор со скоростью 3200 оборотов в минуту, то двигатель перейдёт в генераторный режим и будет уже не потреблять, а вырабатывать ЭДС.

Сложность применения таких генераторов в том, что они подвержены провалам. Например, если включить активную нагрузку (лампочку накаливания или нагреватель), пусковой ток будет небольшим. Значительной перегрузки не произойдет, и генератор будет работать стабильно. Если же включить реактивную нагрузку, например, двигатель, то будет большой пусковой ток, превышающий номинальный в 5-20 раз, который «провалит» генератор, то есть вызовет резкое падение напряжения на обмотках генератора. После такого провала асинхронный генератор снова нужно возбуждать. Так что, простота асинхронного генератора перевешивается серьезным недостатком.

Ну и еще нужна конденсаторная установка для возбуждения короткозамкнутой обмотки ротора. Если подобрать неверно ёмкость конденсаторов, то в случае «недобора» от генератора мы получим меньше тока, а в случае «перебора», наш генератор будет сильно перегреваться.

Схемы подключения

Собственно, даже не схемы включения, а варианты. Их, как правило, три:

      • Автоматическое включение. В этом случае устанавливается специальный блок аварийного включения. Как только отключают напряжение в сети, блок подаёт команду на запуск генератора и переключает сеть с внешнего источника питания, на генераторную установку.
      • Ручное включение. В этом случае, пользователь сам проводит операцию переключения с внешнего источника питания на генераторную установку и вручную запускает генератор.
      • Синхронная работа. Такой режим, в основном используется на крупных станциях, генераторы которых объединены в одну сеть. Все генераторы этой сети работают синхронно, с одной частотой, с одной очерёдностью фаз и с одинаковым напряжением на обмотках статора.
Однофазный генератор

Здесь я подробно останавливаться не буду. Такие устройства сейчас можно встретить в любом магазине инструментов. Если однофазный генератор используется как запасной источник электроэнергии, то подключается к домовой сети, как правило, посредством рубильника. То есть, одновременно внешний источник питания и генератор на одну сеть не могут – либо то, либо другое. Во-первых, незачем, во-вторых, это сильно усложнило бы и увеличило стоимость бытовых генераторов. Единственное, на чём могу здесь остановиться, это включение однофазного генератора в трёхфазную сеть.

Включение однофазного генератора в трёхфазную сеть

Однако у такого метода есть свой недостаток. Трёхфазные двигатели в такой сети работать не будут, если же их включить, то очень быстро нагреются и выйдут из строя.

Трехфазный генератор

Трёхфазные генераторы могут быть бытовыми и промышленными. Устройство генератора трёхфазного тока в бытовом варианте практически ничем не отличается от однофазного, как и схема включения. Единственное условие при включении бытового генератора в сеть, если в такой сети имеются трёхфазные двигатели – соблюдать очередность фаз. В случае же, если нагрузка в доме однофазная, то такой предосторожностью можно пренебречь.

Устройство генератора трёхфазного тока в промышленном варианте – это устройство, оснащенное автоматическим пуском и иногда может быть оснащено устройством синхронизации. Подключение таких генераторов лучше доверить специалистам.

Ну а бытовой генератор точно так же, как и однофазный включается в сеть через рубильник. Следовательно, в зависимости от положения рубильника работает либо внешний источник питания, либо генератор.

Устройство генератора постоянного тока

Чтобы узнать, что такое генератор постоянного тока, устройство и принцип действия вернёмся немного назад. Мы уже выяснили, как работает генератор переменного тока. Давайте подробнее рассмотрим процесс возникновения ЭДС. Поскольку ротор вращается, у нас есть цикл равный одному обороту ротора или 360°. Давайте узнаем, что происходит в этом цикле:

      • 0° — ЭДС =0
      • 90° — ЭДС достигает максимального значения со знаком «+»
      • 180° — ЭДС снова равна 0
      • 270° — ЭДС достигает пикового значения со знаком «-»

Как же сделать так, чтобы не менялась полярность напряжения? Великие умы придумали следующее – применить коллектор, то есть, снимать напряжение только нужной полярности. Помните, мы говорили, что в генераторе переменного тока, рабочей является обмотка статора, а на роторе находится обмотка возбуждения. Так вот, в генераторе постоянного тока напряжение снимается только с ротора, который называется якорем.

Схема генератора постоянного тока

Если такой генератор будет иметь только одну пару полюсов, как на картинке, то мы получим пульсирующее постоянное напряжение, где частота будет в два раза больше скорости вращения. То есть, если скорость вращения будет 50 оборотов в секунду, то частота пульсации будет 100 Гц. Чтобы снизить пульсацию напряжения увеличивают количество пар полюсов.

С момента изобретения генератора постоянного тока схематично и по принципу действия он практически не изменился, изменилась лишь технология изготовления и сейчас он выглядит так:

Основные виды генераторов постоянного тока

В настоящее время набирают популярность двигатели постоянного тока без коллектора. Возможен ли вариант бесколлекторного генератора? К сожалению, пока решить эту задачу не удалось. Так что, если вы где-то увидите название «Бесколлекторный генератор постоянного тока», знайте, что это генератор переменного тока с выпрямительным блоком.

По этой причине, генераторы постоянного тока характеризуют только по типу возбуждения:

  1. Генераторы, возбуждаемые магнитами. Большую мощность такие генераторы развить не могут, поэтому нашли применение только там, где требуются небольшие мощности. Ну и, конечно же, применение магнитов ощутимо удешевляет стоимость таких генераторов.
  2. Независимое возбуждение. Точно так же, как и у генераторов переменного тока, для возбуждения применяется внешний источник питания, не связанный с генератором.
  3. Зависимое возбуждение, которое делится на три типа:
    • Параллельное возбуждение. Как можно понять из названия, обмотка возбуждения в таком генераторе подключена параллельно обмотке якоря. Иногда такой вид возбуждения называют шунтовый.
    • Последовательное возбуждение. Здесь обмотка возбуждения подключается как гирлянда, последовательно обмотке якоря. Такой вид иногда называют сериесным.
    • Смешанное возбуждение или компаундное. Обмотка возбуждения таких генераторов состоит из двух частей, первая подключается шунтовым методом, вторая сериесным.
Генераторы с независимым возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора независимого возбуждения

Принцип работы этого генератора довольно прост. Однако простота генератора является его же недостатком – он требует внешнего независимого источника питания. Якорь генератора разгоняют до необходимой скорости, затем с помощью реостата начинают возбуждать генератор. На обмотках якоря возникает ЭДС и при подключении нагрузки начинает протекать ток.

Нагрузочная способность такого генератора очень хорошая. Как правило, разница между напряжением холостого хода, когда нагрузка не подключена и напряжением при номинальной нагрузке генератора, когда потребитель загружает полностью – составляет всего 5-10%.

Преимущество генератора с независимым возбуждением ещё и в том, что его можно запускать под нагрузкой, то есть, с присоединенными электроприборами.

Генераторы с параллельным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора параллельного возбуждения

У генератора с параллельным включением обмотки возбуждения, в принципе, тоже неплохие нагрузочные характеристики, хотя и несколько хуже, чем у схем с независимым возбуждением – 10-30%. У схем с зависимым возбуждением есть одна особенность, для того, чтобы произошло возбуждение, металл генератора должен иметь остаточную намагниченность. Достаточно 2-3% остаточной намагниченности чтобы запустился процесс самовозбуждения. Конечно же, при этом направление обмотки возбуждения должно совпадать с направлением поля остаточной намагниченности.

Якорь генератора раскручивают до номинальных оборотов, за счет остаточного намагничивания происходит самовозбуждение, то есть, в контуре генератор-обмотка возбуждения появляется ЭДС, появляется небольшой ток. Он увеличивает ЭДС, следовательно, ток снова увеличивается и так происходит до тех пор, пока не будет достигнут баланс между падением напряжения в обмотке генератора и падением напряжения в обмотке возбуждения.

В работе генератора есть одна особенность. Если плавно увеличивать нагрузку вплоть до короткого замыкания, то в какой-то момент мощность генератора достигнет пиковых значений, затем пойдет на спад. По сути, если в момент номинальной загрузки генератора устроить короткое замыкание, то ничего страшного не произойдет. Но если это сделать при небольшой нагрузке, то ток короткого замыкания достигает критических значений 8-10 Iн, а значит, такие генераторы крайне настоятельно рекомендуется защищать от короткого замыкания любым доступным способом.

Такие генераторы получили наибольшее распространение, поскольку не требуют внешних источников питания, имеют неплохую нагрузочную способность и позволяют контролировать ток возбуждения.

Генераторы с последовательным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора последовательного возбуждения

Поскольку ток обмотки возбуждения в данном случае равен току в цепи, а значит, достигает больших значений, обмотка возбуждения выполняется толстым проводом и имеет меньшее количество витков, чем в предыдущих двух схемах. Принцип работы такой же, как и у предыдущей схемы. Обмотка и поле остаточной намагниченности должны совпадать по направлению. При раскручивании якоря до номинальной частоты возникает ЭДС, поднимается ток и дальше по нарастающей, пока не будет достигнут баланс.

Но здесь есть один небольшой нюанс. Ток обмотки возбуждения изменяется от тока нагрузки, и регулировать ток возбуждения возможности нет. А это приводит к тому, что очень сильно изменяется и напряжение. Здесь мы получаем самый настоящий генератор тока, а не напряжения. Именно поэтому область применения генератора с последовательным возбуждением сильно ограничена.

Генераторы со смешанным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора со смешанным возбуждением

На этом типе соединения нужно остановиться подробнее. У нас есть две обмотки, а значит, их можно включать как согласованно, так и встречно. Здесь я приведу график внешних характеристик  такого генератора, и мы по ним пройдемся.

График внешних характеристик генератора постоянного тока со смешанным возбуждением

Итак, раскручиваем якорь до номинальных оборотов. Остаточная намагниченность возбуждает параллельную обмотку, генератор выходит на рабочий режим. Теперь, если мы подключим нагрузку, при этом последовательная обмотка включена согласованно, то возникает дополнительный ток возбуждения. Последовательная обмотка становится, как бы, поддерживающей или опорной. Этот вид включения, если последовательная обмотка была рассчитана, как компенсирующая, позволяет довольно жестко поддерживать напряжение в заданных пределах. На графике это очень хорошо видно по кривой №1.

Если требуется получить некий запас напряжения, например, генератор находится на значительном удалении от потребителя и требуется учесть потери на кабельных линиях, то в последовательной катушке возбуждения увеличивают количество витков. Тем самым, мы получаем более крутую внешнюю характеристику, но поддержание напряжения на номинальных нагрузках остается по-прежнему жестким. Это видно по кривой №2.

Для сравнения, кривая №3 показывает внешнюю характеристику генератора только с параллельным возбуждением.

Так зачем же требуется встречное включение катушек возбуждения? Если вы посмотрите на кривую №4, то можете догадаться, что в случае короткого замыкания, ток возрастает до определенного момента, затем начинает падать. Из графика видно, что ток не достигает даже номинального значения, то есть, примерно 0,7 Iн. В таком варианте включения обмоток генератор без риска повреждения можно использовать для частых коротких замыканий, например сварочные работы.

К сожалению, у всех схем, где используется зависимое возбуждение, есть один существенный недостаток. Поскольку это трудно назвать возбуждением, скорее это самовозбуждение, то запускать такие генераторы вместе с нагрузкой не представляется возможным. Как я уже говорил выше, возбуждение происходит за счёт остаточного намагничивания, которое составляет буквально 2-3%. А значит, если к выводам генератора будет подключена нагрузка, ток будет стремиться по пути наименьшего сопротивления, то есть самой нагрузки. Другими словами, вместе с нагрузкой тока будет недостаточно для формирования магнитного поля.

Думаю, на этом можно закончить ознакомительную статью по генераторам переменного и постоянного тока.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Электрогенераторы. Виды и устройство. Применение и как выбрать

Для питания электроприборов в случае отсутствия проложенной линии электропередач или при аварийном отключении напряжения используются электрогенераторы. Они представляют собой технические устройства, которые вырабатывают электричество, потребляя при этом бензин, дизельное топливо или газ.

Что такое электрогенератор и его конструкция

Прибор представляет собой устройство, состоящее из двигателя внутреннего сгорания, который обеспечивает раскручивание якоря небольшого электромотора, сделанного по принципу генератора. В результате постоянного поддержания высоких оборотов создается электрическое напряжение, снимаемое на специальные клеммы и выводимое на внешнюю розетку, используемою для подключения потребителей энергии.

Электрогенераторы могут быть рассчитаны на кратковременное включение и на постоянную работу. По этому критерию они делятся на резервные источники питания и постоянные. Резервные применяются в тех случаях, когда требуется обеспечить питание приборов на короткий период, пока не будет возобновлено электроснабжение сети. Постоянные станции применяются, когда подключение к линии электропередач вообще отсутствует. В этом случае генератор является единственным источником энергии, поэтому работает непрерывно. В зависимости от предназначения оборудование генератора может оснащаться системой воздушного или водяного охлаждения. Воздушные обеспечивают эффективное снижение температуры корпуса устройства на несколько часов, а водяные не допускают перегрев вообще.

Стоит учитывать, что во время работы двигатель создает большой шум, что не всегда приемлемо. По этой причине электрогенераторы могут производиться не только в открытом, но и в шумопоглощающем корпусе, который значительно снижает уровень шума. Устройство с открытым корпусом представляет собой силовую раму, на которую устанавливается ДВС, топливный бак и генератор, при этом они являются открытыми, и все составляющие легко просматриваются. Устройство в шумопоглощающем корпусе имеет специальный защитный кожух, препятствующий распространению звука и вибрации.

Виды электрогенераторов
Электрические генераторы принято разделять на 3 вида в зависимости от используемого топлива для выработки энергии:
  1. Бензиновые.
  2. Дизельные.
  3. Газовые.

Каждая разновидность имеет свои достоинства и недостатки, которые нужно оценить и выбирать подходящую модель уже отталкиваясь от задач, запланированных для генератора.

Бензиновый

Бензиновые станции работают на бензине, за что и получили свое название. Данная категория устройств является самой дешевой при покупке, но очень дорогой в обслуживании. Работающие на бензине генераторы имеют компактный корпус и сравнительно небольшой вес, что делает такие станции максимально мобильными. Зачастую их можно разместить в багажнике легкового автомобиля.

Благодаря дешевизне их преимущественно выбирают для использования в качестве аварийного источника питания. Включение на несколько часов 5-10 раз в год потребует не таких уж и больших затрат на покупку бензина, что на фоне низкой стоимости самой станции является очень выгодным решением. В тех случаях, когда генератор должен работать постоянно, бензиновый вариант совершенно неприемлем. Во-первых, потребуется ежедневно тратить большие суммы на заправку горючего, а во-вторых, моторесурс таких устройств сравнительно короткий.

Дизельный  

Дизельные электрогенераторы являются более экономичными в плане потребления топлива, но стоят значительно дороже, а также весят больше. Их моторесурс в 3-4 раза выше, чем у бензиновых аналогов. Дизельная станция может работать непрерывно по 10 и более часов на одной заправке. Такое оборудование редко выбирают для резервного питания частного дома в связи с дороговизной. Практическая экономия топлива при нескольких включениях в год будет незначительной и не покроет затраты на покупку генератора.

Дизельные станции выбирают в тех случаях, когда требуется постоянная выработка электричества. Это могут быть строительные объекты, которые еще не подключены к центральной сети электроснабжения, а также загородные участки и дачи, с такой же проблемой. Стоит отметить, что устройство на дизельном топливе являются более мощными и стойкими к поломкам, но очень шумными.

Газовый

Газовые генераторы еще называют двухтопливными, поскольку они оснащены гибридным двигателем, который может работать как на бензине, так и на баллонном газе. Такие устройства используют в качестве резервного источника энергии. Станция вырабатывает одинаковое количество электричества как на газе, так и на бензине. При питании гибридного двигателя из баллона существенно снижаются затраты на выработку энергии, поскольку стоимость газа намного ниже чем бензина. Стоит отметить, что двухтопливные станции довольно тяжелые и не такие компактные как бензиновые. Их моторесурс тоже не идет ни в какое сравнение с дизельными системами.

Однофазные или трехфазные

Электрогенераторы бывают однофазные и трехфазные. Первые используется для питания бытовых приборов, которые рассчитаны для работы от сети 220В и 50Гц. Они выбираются для установки в частные дома и офисы, где основная задача заключается в обеспечении работы бытовых приборов, таких как телевизор, холодильник, компьютер, водяной насос, фен, зарядка телефона, кондиционер и прочее. Также однофазные генераторы применяют строители при работе на объектах, поскольку именно от такой сети питаются шуруповерты, дрели, перфораторы, компрессоры и прочее оборудование.

Трехфазные электрогенераторы выдают 380 вольт. Для домашнего использования они применяются редко. Их применяют для питания промышленного оборудования. Такая станция позволит продолжить производство даже в том случае, если электроснабжение было остановлено. Особенность трехфазного генератора заключается в том, что на его корпусе имеется две розетки. Первая выдает одну фазу и обеспечивает питание обычных бытовых приборов на 220В, а вторая выводит 380В для промышленного оборудования.

Расчет мощности

Предлагаемые на рынке электрогенераторы имеют большой диапазон мощности от 0,6 и до 10 и выше кВт. Чем производительней станция, тем она дороже, шумнее и менее экономичная. По этим причинам следует подойти к выбору мощности генератора со всей серьезностью. Если мощности будет недостаточно, то при критической нагрузке устройство будет отключаться или просто выйдет из строя. В том случае, когда взять слишком высокий запас производительности, то устройство будет выдавать неоправданно большой поток, который не будет использоваться. В результате будет значительный расход горючего, что существенно увеличит себестоимость выработанной энергии.

Чтобы выбрать электрический генератор требуемых параметров следует провести расчет потребление энергии каждого прибора, который будет работать от него.

К примеру, требуется обеспечение одновременного питания:
  • Холодильника на 700 Вт.
  • Кондиционера на 1000 Вт.
  • Лампы на 23 Вт.
  • Компьютера на 50 Вт.

В результате подсчета можно определить, что для одновременного питания всех этих потребителей необходимо, чтобы генератор выдавал 1773 Вт. Кроме этого, нужно учитывать, что отдельные приборы в момент включения не доли секунды потребляют больше энергии, чем непосредственно в период нормальной работы. Данное явление называется коэффициент пускового тока. У холодильника и кондиционера он составляет 3,5. По этой причине в момент включения холодильник резко потребует 2450 Вт, а кондиционер 3500 Вт.

Таким образом, чтобы приборы с высоким коэффициентом пускового тока смогли работать, нужен генератор с мощностью не на 1773, а на 6023 Вт. К этому показателю нужно прибавить запас на 20%, который позволит исключить остановку и сгорание генератора при небольших скачках потребления, в случае включения дополнительной лампочки, утюга или фена. Фактически для таких потребителей нужна станция мощностью 7 кВт и более. Нужно отметить, что в указанном примере предложены приборы с очень высоким коэффициентом пускового тока. Если использовать более скромные потребители, которые не тянут много энергии при включении, то для частного дома, где электричество отключено на несколько часов, нужен только свет, телевизор и компьютер, поэтому даже генератор на 3 кВт справится с легкостью. Холодильник вполне постоит несколько часов выключенным.

Типы запуска
По типу запуска электрогенераторы делятся на 4 группы с:
  1. Ручным стартером.
  2. Электростартером.
  3. Дистанционным запуском.
  4. Системой ATS.

Генератор с ручным стартером имеет специальный шнурок, при вытягивании которого обеспечивается раскручивание коленвала, что и запускает двигатель. Это самые бюджетные устройства. Чтобы запустить такой генератор может понадобиться несколько раз дернуть за пусковой шнур, что требует некоторых усилий, особенно в холодную погоду. Завести двигатель ручным способом в мороз очень тяжело, особенно у мощного генератора с высокой компрессией мотора.

Генераторы с электростартером запускаются как и любой автомобиль. Достаточно просто вставить ключ и повернуть. Стартер работает от аккумулятора. Также бывают генераторы с дистанционным запуском. Они являются модификацией модели с электростартером, которые дополнительно оснащены пультом дистанционного управления. Пульт напоминает обычную автосигнализацию. Он позволяет провести включение не выходя из дома.

Электрогенераторы с системой ATS работают автоматически. Они оборудованы специальным прибором, который постоянно контролирует наличие в системе электричества. В случае его отключения проводится автоматический запуск станции, и питание электроприборов возобновляется. При включении электроснабжения генератор сам отключается. Это позволяет исключить перерасход топлива в те моменты, когда это уже не нужно.

Похожие темы:

Как работает генератор переменного тока?

Генератор превращает механическую энергию в электрическую путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Электрический ток вырабатывается и тогда, когда силовые линии движущегося магнита пересекают витки проволочной катушки {рисунок справа). Электроны {голубые шарики) перемещаются по направлению к положительному полюсу магнита, а электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному. До тех пор, пока силовые линии магнитного поля пересекают катушку (проводник), в проводнике индуцируется электрический ток.

Аналогичный принцип работает и при перемещении проволочной рамки относительно магнита {дальний рисунок справа), т. е. когда рамка пересекает силовые линии магнитного поля. Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивает, когда рамка удаляется. Каждый раз, когда рамка изменяет ориентацию относительно полюсов магнита, электрический ток также изменяет свое направление на противоположное. Все то время, пока источник механической энергии вращает проводник (или магнитное поле), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.

Принцип действия генератора переменного тока

Простейший генератор переменного тока состоит из проволочной рамки, вращающейся между полюсами неподвижного магнита. Каждый конец рамки соединен со своим контактным кольцом, скользящим по электропроводной угольной щетке (рисунок над текстом). Индуцированный электрический ток течет к внутреннему контактному кольцу, когда соединенная с ним половина рамки проходит мимо северного полюса магнита, и, наоборот, к внешнему контактному кольцу, когда мимо северного полюса проходит другая половина рамки.

Трехфазный генератор переменного тока

Одним из наиболее экономически выгодных способов выработки сильного переменного тока является использование одного магнита, вращающегося относительно нескольких обмоток. В типичном трехфазном генераторе три катушки расположены равноудалено от оси магнита. Каждая катушка вырабатывает переменный ток, когда мимо нее проходит полюс магнита (правый рисунок).

Изменение направления электрического тока

Когда магнит вдвигается в проволочную катушку, он индуцирует в ней электрический ток. Этот ток заставляет стрелку гальванометра отклоняться в сторону от нулевого положения. Когда магнит вынимается из катушки, электрический ток изменяет свое направление на противоположное, и стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону от нулевого положения.

Переменный ток

Магнит не будет индуцировать электрический ток до тех пор, пока его силовые линии не начнут пересекать проволочную петлю. Когда полюс магнита вдвигается в проволочную петлю, в ней индуцируется электрический ток. Если магнит прекращает движение, электрический ток (голубые стрелки) также прекращается (средняя диаграмма). Когда магнит вынимается из проволочной петли, в ней индуцируется электрический ток, текущий в противоположном направлении.

Как работают генераторы и динамо-машины

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 августа 2020 г.

Нефть может быть любимым топливом в мире, но ненадолго. В современных домах в основном используется электричество. и скоро большинство из нас тоже станет водить электромобили. Электричество очень удобно. Вы можете производить его разными способами, используя все, от угля и нефти до ветра и волн.Вы можете сделать это в в одном месте и используйте его на другом конце света, если хотите. И, как только вы его изготовите, вы можете хранить его в батареях и использовать это дни, недели, месяцы или даже годы спустя. Что делает электрические возможная мощность - и действительно практичная - это превосходный электромагнитный устройство, называемое электрогенератором: разновидность электродвигателя работа в обратном направлении, которая преобразует обычную энергию в электричество. Давайте подробнее рассмотрим генераторы и узнаем, как они работают!

Фото: Дизельный электрогенератор середины ХХ века в музее электростанции REA недалеко от Хэмптона, штат Айова.Предоставлено фотографиями в Кэрол М. Хайсмит Архив, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Откуда берется электричество?

Лучший способ понять электричество - начать с него его собственное название: электрическая энергия. Если вы хотите что-нибудь запустить электрические, от тостера или зубную щетку MP3-плеер или телевидение, вам необходимо обеспечить его постоянным запасом электроэнергии. Откуда ты это возьмешь? Есть основной закон физики называется закон сохранения энергии, который объясняет, как можно получить энергия - и как нельзя.Согласно этому закону существует фиксированный количество энергии во Вселенной и некоторые хорошие новости и некоторые плохие новости о том, что мы можем с этим сделать. Плохая новость в том, что мы не можем создавать больше энергии, чем у нас уже есть; хорошая новость в том, что мы не можем уничтожить любую энергию. Все, что мы можем сделать с энергией, это преобразовать из одной формы в другую.

Фото: Большой электрогенератор, приводимый в движение паром, на геотермальной электростанции «Кожа» компании CalEnergy в округе Империал, Калифорния.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Если вы хотите найти электричество для питания своего телевизора, вы не будет производить энергию из воздуха: сохранение энергии говорит нам, что это невозможно. Вы будете использовать энергию преобразованы из какой-то другой формы в необходимую вам электрическую энергию. Обычно это происходит на электростанции. на некотором расстоянии от вашего дома. Подключите телевизор к розетке, и электрическая энергия течет в него через кабель.Кабель намного длиннее, чем вы думаете: на самом деле он проходит от вашего телевизора - под землей или по воздуху - до электростанция, на которой для вас подготавливается электроэнергия из богатое энергией топливо, такое как уголь, нефть, газ или атомное топливо. В этих экологически чистые времена, часть вашей электроэнергии также будет поступать из ветряные турбины, гидроэлектростанции (которые вырабатывают энергию, используя энергию плотин рек) или геотермальную энергию (внутренняя высокая температура). Где бы ни была ваша энергия, она почти наверняка будет превратился в электричество с помощью генератора.Только солнечные элементы и топливные элементы производить электричество без использования генераторов.

Как мы можем производить электричество?

Фото: Типичный электрогенератор. Он может производить до 225 кВт электроэнергии и используется для испытаний прототипов ветряных турбин. Фото Ли Фингерша любезно предоставлено Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Если вы читали нашу подробную статью о электродвигатели, вы уже довольно много знают, как работают генераторы: генератор - это просто электродвигатель, работающий в обратном направлении.Если ты не прочтите эту статью, вы можете быстро взглянуть, прежде чем читать на - но вот краткое изложение в любом случае.

Электродвигатель - это, по сути, просто плотный моток медной проволоки, намотанный на железный сердечник, который свободно вращается с высокой скоростью внутри мощного постоянного магнита. Когда вы подаете электричество в медную катушку, она становится временный магнит с электрическим приводом - другими словами, электромагнит - и создает вокруг себя магнитное поле. Этот временное магнитное поле противодействует магнитному полю, которое постоянный магнит создает и заставляет катушку вращаться.Немного продуманная конструкция, катушка может непрерывно вращаться в в том же направлении, вращаясь по кругу и питая что угодно из электрическая зубная щетка к электричке.

Фотография: Вращающаяся часть (ротор) типичного небольшого электродвигателя. Электрогенератор имеет точно такие же компоненты, но работает противоположным образом, превращая движение в электрическую энергию.

Так чем же генератор отличается? Предположим, у вас есть электрический зубная щетка с аккумулятором внутри.Вместо того, чтобы позволять батарее питать двигатель, который толкает щетку, что, если бы вы сделали напротив? Что, если вы несколько раз поворачиваете щетку вперед и назад? То, что вы делали бы, было бы вручную крутить электродвигатель. ось вокруг. Это заставит медную катушку внутри двигателя повернуться постоянно внутри его постоянного магнита. Если вы переместите электрический провод внутри магнитного поля, вы заставляете течь электричество через провод - по сути, вы производите электричество. Так что держи поворачивая зубную щетку достаточно долго, и теоретически вы получите электричества достаточно для подзарядки аккумулятора.По сути, вот как генератор работает. (На самом деле, это немного сложнее, чем это и вы не можете зарядить зубную щетку таким образом, хотя добро пожаловать!)

Как работает генератор?

Изображение: такой простой генератор вырабатывает переменный ток (электрический ток, который периодически меняет направление на противоположное). Каждая сторона генератора (зеленая или оранжевая) движется вверх или вниз. Когда он движется вверх, он генерирует односторонний ток; когда он движется вниз, ток течет в другую сторону.Если вы измеритель, подключенный к проводу, вы не знаете, в какую сторону движется провод: все, что вы видите, - это то, что направление тока периодически меняется на противоположное: вы видите переменный ток.

Возьмите кусок провода и подсоедините его к амперметру (то, что измеряет ток) и поместите его между полюсами магнита. Теперь резко проведите проволокой сквозь невидимое магнитное поле, создаваемое магнитом, и через провод на короткое время протекает ток (регистрируемый на измерителе). Это фундаментальная наука, лежащая в основе генератора электроэнергии, продемонстрированная в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. (читать краткая биография или длинная биография).Если вы перемещаете провод в противоположном направлении, вы генерируете ток, который течет в обратном направлении. (Если вам интересно, вы можете выяснить направление, в котором течет ток, используя то, что называется правило правой руки или правило генератора, которое является зеркальным отображением правила левой руки, используемого для определения того, как работают двигатели.)

Важно отметить, что вы генерируете ток только тогда, когда вы перемещаете провод через магнитное поле (или когда вы перемещаете магнит мимо провода, что равносильно тому же).Недостаточно просто поднести провод к магниту: для выработки электричества провод должен пройти мимо магнита или наоборот. Предположим, вы хотите производить много электроэнергии. Поднимать и опускать провод в течение всего дня не будет особенным удовольствием, поэтому вам нужно придумать какой-то способ перемещения провода мимо магнита, установив тот или иной из них на колесо. Затем, когда вы повернете колесо, проволока и магнит будут двигаться относительно друг друга, и будет образовываться электрический ток.

А теперь самое интересное.Предположим, вы сгибаете проволоку в петлю, помещаете ее между полюсами магнита и располагаете так, чтобы она постоянно вращалась - как на схеме. Вероятно, вы увидите, что при повороте петли каждая сторона провода (оранжевая или зеленая) иногда будет двигаться вверх, а иногда - вниз. Когда он движется вверх, электричество будет течь в одну сторону; когда он движется вниз, ток будет течь в обратном направлении. Таким образом, базовый генератор, подобный этому, будет производить электрический ток, который меняет направление каждый раз, когда петля провода переворачивается (другими словами, переменный ток или переменный ток).Однако большинство простых генераторов на самом деле вырабатывают постоянный ток - так как же им управлять?

Генераторы постоянного тока

Так же, как простой электродвигатель постоянного тока использует электричество постоянного тока (DC) для создания непрерывного вращательного движения, так и простой генератор постоянного тока производит стабильную подачу электричества постоянного тока, когда он вращается. Как двигатель постоянного тока, Генератор постоянного тока использует коммутатор. Это звучит технически, но это всего лишь металлическое кольцо с трещинами в нем, которое периодически меняет местами электрические контакты катушки генератора, одновременно меняя направление тока.Как мы видели выше, простая проволочная петля автоматически меняет направление тока, которое он производит каждые пол-оборота, просто потому, что он вращается, а задача коммутатора - нейтрализовать эффект вращения катушки, обеспечивая получение постоянного тока.

Иллюстрация: Сравнение простейшего генератора постоянного тока с простейшим генератором переменного тока. В этой конструкции катушка (серая) вращается между полюсами постоянного магнита. Каждый раз, когда он поворачивается на пол-оборота, ток, который он генерирует, меняется на противоположный.В генераторе постоянного тока (вверху) коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка перемещается на пол-оборота, отменяя реверсирование тока. В генераторе переменного тока (внизу) нет коммутатора, поэтому выходной сигнал просто повышается, падает и меняет направление вращения при вращении катушки. Вы можете увидеть выходной ток от каждого типа генератора в таблице справа.

Генераторы переменного тока

Что, если вы хотите генерировать переменный ток (AC) вместо постоянного тока? Тогда вам понадобится генератор, который представляет собой просто генератор переменного тока.Самый простой вид генератора переменного тока похож на генератор постоянного тока без коммутатора. Когда катушка или магниты вращаются мимо друг друга, ток естественным образом растет, падает и меняет направление, давая на выходе переменный ток. Так же, как есть Асинхронные двигатели переменного тока, в которых для создания вращающегося магнитного поля используются электромагниты, а не постоянные магниты, поэтому существуют генераторы, которые работают за счет индукции аналогичным образом.

Генераторы в основном используются для выработки электроэнергии от автомобильных двигателей. В автомобилях используются генераторы, приводимые в движение их бензиновые двигатели, которые заряжают свои аккумуляторов во время движения (переменный ток преобразуется в постоянный диоды или выпрямительные схемы).

Генераторы в реальном мире

Фото: Генератор переменного тока - это генератор, вырабатывающий переменный ток (переменный ток) вместо постоянного (постоянного). Здесь мы видим, как механик снимает генератор с двигателя подвесной моторной лодки. Фото Есении Росас любезно предоставлено ВМС США.

Производство электричества звучит просто - и это так. Сложность в том, что нужно приложить огромное количество физических усилий. для выработки даже небольшого количества энергии.Вы поймете это, если у вас есть велосипед с динамо-машиной фары, работающие от колес: вам нужно крутить педали немного сильнее, чтобы фары светились - и это просто для производства крошечного количества электричества, необходимого для питания пара лампочек. Динамо - это просто очень маленькое электричество генератор. Напротив, на реальных электростанциях гигантские генераторы электричества приводятся в действие паровыми турбинами. Это немного похоже на вращающиеся пропеллеры или ветряные мельницы, приводимые в движение паром. Пар производится путем кипячения воды с использованием энергии, выделяемой при сжигании угля, масло или другое топливо.(Обратите внимание, как действует сохранение энергии здесь тоже. Энергия, питающая генератор, поступает от турбина. Энергия, питающая турбину, поступает из топлива. А также топливо - уголь или нефть - изначально поступало с заводов, работающих на энергия Солнца. Суть проста: энергия всегда должна исходить от где-то.)

Какую мощность вырабатывает генератор?

Генераторы указаны в ваттах (измерение мощности, указывающее, сколько энергии производится каждую секунду).Как и следовало ожидать, чем больше генератор, тем большую мощность он производит. Вот приблизительное руководство от самого маленького до самого большого:

Тип Мощность (Вт)
Велосипед динамо 3
Ручной USB-генератор 20
Микро-ветряная турбина 500
Малый дизель-генератор 5000 (5 кВт)
Ветряная турбина 2 000 000 (2 МВт)

Переносные генераторы

Фото: переносной электрогенератор, работающий от дизель.Фото Брайана Рида Кастильо любезно предоставлено ВМС США.

В большинстве случаев мы принимаем электричество как должное. Мы включаем фонари, телевизоры или стиральные машины, не переставая думать, что электрическая энергия, которую мы используем, должна откуда-то поступать. Но что, если вы работаете на открытом воздухе, в глуши, и нет источник электроэнергии, который можно использовать для питания бензопилы или электродрель?

Одна из возможностей - использовать аккумуляторные инструменты с аккумуляторы. Другой вариант - использовать пневматические инструменты, такие как отбойные молотки.Они полностью механические и питаются от сжатый воздух вместо электричества. Третий вариант - использовать портативный электрогенератор. Это просто небольшой бензиновый двигатель (бензиновый двигатель), похожий на компактный двигатель мотоцикла, с прилагается электрогенератор. Когда двигатель пыхтит, сжигая бензин, он толкает поршень взад-вперед, поворачивая генератор и вырабатывающий на выходе постоянный электрический ток. С участием с помощью трансформатора вы можете использовать такой генератор для производите практически любое необходимое напряжение в любом месте, где оно вам нужно.В качестве пока у вас достаточно бензина, вы можете производить собственное электричество поставка на неопределенный срок. Но помните о сохранении энергии: кончится газа, и у вас кончится электричество!

Artwork: Генераторные технологии быстро развивались в 19 веке. Английский химик и физик Майкл Фарадей построил первый примитивный генератор в 1831 году. В течение нескольких десятилетий многочисленные изобретатели создавали практические электрические генераторы. Эта («динамо-электрическая машина») была разработана Эдвардом Уэстоном в 1870-х годах как способ «преобразовывать механическую энергию в электрическую с большей эффективностью, чем прежде.«Он имеет статическое внешнее кольцо магнитов (синий) и вращающийся якорь (катушки) в центре (красный). Коммутатор (зеленый) преобразует генерируемый ток в постоянный. Из патента США 180 082 переиздание 8 141 Эдварда Уэстона, любезно предоставленного Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнать больше

На этом сайте

Вам могут понравиться эти другие статьи на нашем сайте по связанным темам:

Видео

  • Демонстрация электрического генератора ?: Превосходное короткое видео доктора Джонатана Хара и Vega Science Trust очень ясно показывает, как перемещение катушки через магнитное поле может производить электричество.
  • Простой генератор: электрический генератор для научной выставки: Уильям Бити дает пошаговое руководство по созданию простого генератора с использованием простых для поиска компонентов (эмалевый провод, магниты, картон и т. Д.).
  • Велогенератор: Как привести в действие кухонный комбайн с помощью велосипеда, приводящего в действие генератор переменного тока (разновидность электрогенератора). Довольно изящный эксперимент, хотя комментарий мог бы быть немного яснее.

Книги

Для читателей постарше
Для младших читателей

Статьи

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Сохраните эту страницу на будущее или поделитесь ею, добавив в закладки:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2020) Генераторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/generators.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте ...

.

электрических генераторов | Как работают генераторы

Какие части электрического генератора?

Генератор состоит из девяти частей, и все они играют роль в передаче энергии туда, где она больше всего необходима. Детали генератора:

  1. Двигатель. Двигатель подает энергию на генератор. Мощность двигателя определяет, сколько электроэнергии может обеспечить генератор.
  1. Генератор .Здесь происходит преобразование механической энергии в электрическую. Генератор, также называемый «genhead», содержит как движущиеся, так и неподвижные части, которые работают вместе, создавая электромагнитное поле и движение электронов, которые генерируют электричество.
  1. Топливная система . Топливная система позволяет генератору производить необходимую энергию. Система включает топливный бак, топливный насос, трубопровод, соединяющий бак с двигателем, и возвратный трубопровод.Топливный фильтр удаляет мусор до того, как он попадет в двигатель, а форсунка нагнетает топливо в камеру сгорания.
  1. Регулятор напряжения . Этот компонент помогает контролировать напряжение вырабатываемой электроэнергии. Это также помогает преобразовать электричество из переменного тока в постоянный, если это необходимо.
  1. Системы охлаждения и выхлопа . Генераторы выделяют много тепла. Система охлаждения гарантирует, что машина не перегреется. Выхлопная система направляет и удаляет дымовую форму во время работы.
  1. Система смазки . Внутри генератора много маленьких движущихся частей. Очень важно смазать их соответствующим образом моторным маслом, чтобы обеспечить бесперебойную работу и защитить их от чрезмерного износа. Уровни смазки следует проверять регулярно, каждые 8 ​​часов работы.
  1. Зарядное устройство . Батареи используются для запуска генератора. Зарядное устройство - это полностью автоматический компонент, который обеспечивает готовность аккумулятора к работе в случае необходимости, подавая на него постоянное низкое напряжение.
  1. Панель управления . Панель управления контролирует все аспекты работы генератора от скорости запуска и работы до выходов. Современные устройства даже способны определять падение или отключение электроэнергии и могут автоматически запускать или выключать генератор.
  1. Основной узел / рама . Это корпус генератора. Это та часть, которую мы видим; структура, которая держит все это на месте.

Какое топливо нужно для электрогенераторов?

Современные электрические генераторы доступны во многих вариантах заправки.Дизель-генераторы - самые популярные промышленные генераторы на рынке. К бытовым генераторам чаще всего относятся: генераторы природного газа или генераторы пропана, тогда как портативные генераторы меньшего размера обычно работают на бензине, дизельном топливе или пропане. Некоторые генераторы могут работать на двух видах топлива - как на бензине, так и на дизельном топливе.

Топливные баки генератора

Топливная система обеспечивает генератор необходимым сырьем для выработки электроэнергии, инициируя процесс внутреннего сгорания.Без топлива не может происходить горение, а генератор не может преобразовывать механическую энергию в электрическую. Топливо для генератора необходимо хранить на месте, чтобы генератор можно было сразу же запустить в работу при необходимости.

В зависимости от типа генератора и его применения, топливные баки могут быть установлены на раме генератора или они могут быть внешними баками, расположенными далеко от самого генератора. Как правило, чем больше генератор и чем дольше он должен работать, тем больше топливный бак.Топливо для генератора хранится в баках разной емкости, в зависимости от предполагаемого использования генератора и требуемой мощности. Танки можно размещать над землей, под землей или под базой. Резервуары вспомогательной базы предназначены для хранения менее 1000 галлонов топлива и расположены над землей, но ниже основания генераторной установки.

Надземные и подземные резервуары для хранения топлива генератора - лучший выбор для нужд большой емкости. Подземные резервуары для хранения дороже в установке, но они, как правило, служат дольше, поскольку защищены от непогоды.У обоих типов резервуаров для хранения топлива есть свои плюсы и минусы, но вы не будете одиноки в принятии решения. Топливные баки генераторов и топливные системы генераторов должны соответствовать нескольким требованиям и допускам, прежде чем их можно будет установить, независимо от того, предназначена ли установка для домашнего или коммерческого использования.

Основной кодекс, регулирующий топливные баки генератора в Соединенных Штатах, - это Правила и стандарты Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA), в частности разделы NFPA 30 и NFPA 37. Таким образом, все запросы на топливный бак генератора должны подаваться в Государственную пожарную службу. Маршалла для утверждения.

Чтобы определить минимальную требуемую емкость топливного бака, вам нужно подумать о том, как вы собираетесь использовать генератор. Для кратковременных или нечастых отключений электроэнергии может быть приемлемым резервный генератор с меньшим резервуаром для хранения, однако вам нужно будет наполнять резервуар чаще, чем вам нужно будет пополнять резервуары большего размера. Резервуары большего размера могут потребоваться, если вы планируете снабжать энергией крупный коммерческий объект основным генератором или если вы подвержены длительным частым отключениям электроэнергии.

Ваш поставщик генератора может помочь вам определить оптимальный размер топливного бака, чтобы у вас было достаточно топлива, когда оно вам понадобится. Еще одна вещь, о которой следует помнить как при покупке генератора, так и при выборе топливного бака для генератора, - это стоимость и доступность топлива в вашем регионе. Перед покупкой генератора рекомендуется поговорить с местными поставщиками топлива, чтобы получить лучшее представление о стоимости и логистике, связанных с получением топлива для генератора.

Выхлопные системы и средства контроля выбросов генератора

Поскольку машины, работающие на ископаемом топливе и работающие непрерывно, даже если это время работы нестабильно, генераторы должны быть оснащены компонентами для их охлаждения и фильтрации выбросов.Системы охлаждения и вентиляции генератора снижают и отводят тепло различными способами:

  • Вода. Для охлаждения компонентов генератора можно использовать воду. Этот тип системы охлаждения обычно ограничен конкретными ситуациями или очень большими установками мощностью 2250 кВт и выше.
  • Водород. Водород - очень эффективный хладагент, который используется для поглощения тепла, выделяемого работающим генератором. Тепло передается теплообменнику и вторичному охлаждающему контуру, часто расположенным в больших местных градирнях.
  • Радиаторы и вентиляторы. Генераторы меньшего размера охлаждаются за счет комбинации стандартного радиатора и вентилятора.

Пары, выделяемые генераторами, аналогичны выхлопным газам других бензиновых или дизельных двигателей. В их состав входят токсичные химические вещества, такие как углекислый газ, который необходимо фильтровать и удалять из выбросов. Выхлопная система генератора справляется с этой задачей.

Выхлопные трубы подсоединены к двигателю, где они направляют дым вверх, наружу и от генератора и установки.Труба выходит за пределы здания, в котором находится генератор, и должна заканчиваться далеко от дверей, окон и других зон забора воздуха.

Помимо выхлопных систем, некоторые генераторы подлежат федеральному контролю за выбросами. Контролируемые выбросы генератора включают: оксид азота (NOx), углеводороды, оксид углерода (CO) и твердые частицы.

В целом аварийные генераторы и генераторы, которые работают менее 100 часов в год, не подпадают под федеральные требования по выбросам генераторов, однако постоянно установленные основные генераторы и резервные генераторы подчиняются федеральным требованиям по выбросам в соответствии с тремя правилами EPA:

  • Национальный стандарт выбросов опасных загрязнителей воздуха (NESHAP) - для поршневых двигателей внутреннего сгорания (RICE). 40 Свод федеральных правил, часть 63, подраздел ZZZZ. Также известно как правило RICE.
  • New Source Performance Standards (NSPS) - стандарты производительности для стационарных двигателей с искровым зажиганием . 40 CFR, часть 60, подраздел JJJJ. Также известно как правило NSPS с искровым зажиганием.
  • Стандарты характеристик стационарных двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия . 40 CFR, часть 60, подраздел IIII. Также известно как правило сжатия зажигания NSPS.

Хорошая новость заключается в том, что многие новые генераторы уже соответствуют стандартам выбросов генераторов благодаря производственным усовершенствованиям. Старые генераторы могут быть заменены на устаревшие, что делает их освобожденными от федеральных правил и подчиняется только государственным и местным стандартам выбросов. Требования к контролю выбросов различаются в зависимости от производителя, размера генератора и даты производства, поэтому лучший способ определить ваши требования к выбросам - поговорить с дилером или производителем генератора.

Для более глубокого изучения нормативов выбросов, прочтите этот официальный документ Cummins «Влияние норм уровня 4 на выбросы в электроэнергетике».

Панель управления генератора и автоматический резерва (АВР)

Одним из важнейших компонентов современных генераторов является панель управления генератором. Панель управления - это мозг генератора, а также пользовательский интерфейс генератора; точка доступа и управления работой генератора.

Многие панели управления оснащены автоматическим переключателем резерва (АВР), который постоянно контролирует поступающую мощность. Когда уровень мощности падает или полностью отключается, ATS сигнализирует панели управления о запуске генератора.Аналогичным образом, когда поступающее питание восстанавливается, ATS сигнализирует панели управления о необходимости выключить генератор и повторно подключается к электросети.

В дополнение к круглосуточному мониторингу панель управления генератором предоставляет менеджерам сайта обширную информацию:

  • Датчики двигателя предоставляют важную информацию об уровнях масла и жидкости, напряжении аккумуляторной батареи, частоте вращения двигателя и часах работы. Во многих генераторах панель даже автоматически отключает двигатель при обнаружении проблемы с уровнями жидкости или другими аспектами работы генератора.
  • Датчики генератора предоставляют ценную информацию о выходном токе, напряжении и рабочей частоте.

Какого рода техническое обслуживание требуется для генератора?

Генераторы

являются двигателями и требуют регулярного технического обслуживания двигателя для обеспечения надлежащей работы. Поскольку многие генераторы обеспечивают резервное питание в случае аварийных ситуаций, операторам крайне важно проводить регулярные проверки и проверки своих генераторов, чтобы гарантировать, что машина будет работать по мере необходимости и в случае необходимости.

Лучшая программа технического обслуживания генератора - это та, которую рекомендует производитель, но, как минимум, все планы технического обслуживания генератора должны включать регулярное и текущее:

  • Осмотр и снятие изношенных деталей.
  • Проверка уровней жидкости, включая охлаждающую жидкость и топливо.
  • Осмотр и чистка аккумуляторной батареи.
  • Проведение теста банка нагрузки на генераторе и автоматическом переключателе.
  • Проверка ПКП на точность показаний и индикаторов.
  • Замена воздушного и топливного фильтров.
  • Осмотр системы охлаждения.
  • Смазка деталей по мере необходимости.

Обязательно ведите журнал обслуживания для ведения записей. Включите все показания, уровни жидкости и т. Д., А также дату и показания счетчика моточасов генератора. Эти записи можно сравнить с будущими записями и использовать для выявления отклонений или изменений в работе, которые могут указать вам на скрытые проблемы, которые могут стать серьезными проблемами, если их не проверить.

Генераторы

могут прослужить десятилетия при правильном обслуживании. Эти простые небольшие вложения со временем обязательно окупятся за счет экономии на дорогостоящем ремонте или даже полной замене генератора. Если техническое обслуживание генератора - это не то, чем вы можете управлять самостоятельно, многие дилеры генераторов предлагают контракты на техническое обслуживание или могут порекомендовать квалифицированных специалистов по техническому обслуживанию, которые помогут вам поддерживать генератор в отличном состоянии год за годом. Это время и деньги, потраченные не зря, если они могут поддерживать ваш бизнес в рабочем состоянии при отключении электроэнергии.

.

Powering A Generation: Производство электроэнергии

Генерация Электроны

Есть много способов производить электричество. Электроны может течь между некоторыми различными материалами, обеспечивая ток, как в обычная батарея. Будучи надежными и портативными, химические батареи работают вниз быстро. Для обеспечения большого количества стабильной мощности, необходимой для построены современные общества, большие электростанции. Большинство электростанций производить электричество с помощью машины, называемой генератором.

Ротор турбины 1925 г. для генератора Westinghouse, Изображение № 21.035, Коллекция исторических изображений Science Service, Национальный музей американской истории

Генераторы

состоят из двух важных частей: ротор (который вращается) и статор (который остается неподвижным). Генераторы использовать принцип электромагнитной индукции, который использует соотношение между магнетизмом и электричеством. В больших генераторах переменного тока внешняя оболочка с мощными магнитами вращается вокруг неподвижной «арматуры» который обмотан тяжелой проволокой.При движении магниты вызывают электрический разряд. ток в проводе.

Важно понимать, что электричество не добывается и не заготавливается, его нужно производить. И поскольку это не так легко хранится в больших количествах, он должен быть изготовлен по мере необходимости. Электричество это форма энергии, но не источник энергии. Различные электростанции использовать различные источники энергии для производства электроэнергии. Два самых распространенных типы - «Тепловые растения» и «Кинетические растения».

Тепловой Генерирующие установки

Тепловые электростанции используют энергию тепла для производства электроэнергии.Вода нагревается в бойлере до состояния высокотемпературного пара. Этот затем пар проходит через турбину, к которой прикреплено множество лопастей вентилятора. к валу. Когда пар движется по лопастям, он заставляет вал вращение. Этот вращающийся вал соединен с ротором генератора, и генератор производит электричество.

Схема термического (масляного сжигание) в системе Hydro-Québec
Copyright, Hydro-Québec

На ископаемом топливе растения

Ископаемое топливо - остатки растений и животный мир, который жил очень давно.Подвержены воздействию высоких температур и давлений за миллионы лет под землей эти останки были преобразованы в формы углерода: уголь, нефть и природный газ. В отличие от самого электричества, ископаемое топливо можно хранить в больших количествах. После 100 лет исследований и развития, растения, работающие на ископаемом топливе, в целом надежны, а проблемы которые действительно происходят, обычно ограничиваются определенной территорией. Многие электрические сети на протяжении десятилетий эксплуатировали установки, работающие на ископаемом топливе, и эти установки (теперь полностью оплачено) очень выгодно запускать.Это не только увеличивает прибыль утилита, но снижает прямые затраты для пользователей.

Однако станции, работающие на ископаемом топливе, могут создавать серьезные экологические проблемы. При сжигании этих видов топлива образуется диоксид серы. и загрязнение воздуха оксидом азота, требующее дорогих скрубберов. Сточные Воды из отработанного пара может переносить загрязняющие вещества в водосборники. Даже с очень хороший контроль загрязнения, все еще образуются отходы. Углекислый газ газ и зола являются текущими проблемами.

Кроме того, ископаемое топливо не возобновляемо.На их создание ушли миллионы лет, и в какой-то момент они закончатся. Их извлечение и транспортировка для использования создало экологические проблемы. Открытая добыча угля и разливы нефти в море могут иметь катастрофические последствия по экосистемам.

Когенерация

Нефть стала слишком дорогой для большинства электростанции. Уголь и природный газ в настоящее время дешевы в США и стоят используется чаще. Эти два вида топлива используются более эффективно в «когенерационных» установках.Когенерация - это не новая идея, и использует преимущества того, как работают многие крупные потребители электроэнергии. Многие фабрики в производственном процессе используют пар. Коммунальные предприятия часто производят и продают пар для этих клиентов, а также для запуска собственных генераторов.

Вместо того, чтобы просто сгущать и истощать отработанный пар после его прохождения через турбину, «верхний цикл» когенераторы подают этот полезный товар ближайшим потребителям. «Нижний цикл» когенераторы работают в обратном направлении и используют отработанный пар из промышленных обработка для привода турбин.За счет повторного использования пара тепловой КПД при когенерации растения могут превышать 50%.

Недавно разработанные когенерационные установки использовать новые материалы и конструкции для повышения надежности и контролировать оба термическое и атмосферное загрязнение. Поскольку эти новые технологии разработаны в растения с самого начала, они дешевле в установке. Экономика а возможности когенерационной технологии позволяют многим станциям возвращаться сжигать уголь без превышения стандартов качества воздуха. "Циркулирующий Котлы с псевдоожиженным слоем, селективно-каталитические (и некаталитические) «Редукция» и «Без сброса» систем очистки воды. являются примерами технологий, используемых для контроля различных экологических проблемы.

Комбинированный цикл и биомассы

Некоторые газовые установки могут производить электричество без пар. Они используют турбины, очень похожие на турбины на реактивных самолетах. Вместо сжигания реактивного топлива и создания тяги, однако эти агрегаты сжигают естественные газ и мощность генератора. Газотурбинные генераторы были популярны много лет, потому что их можно быстро запустить в ответ на временные скачки спроса на электроэнергию.Более новый поворот - «комбинированный цикл». завод, который использует газовые турбины таким образом, но затем направляет горячие выхлопной газ в котел, который заставляет пар вращать другой ротор. Этот существенно повышает общую эффективность электростанции.

В дополнение к этим инновациям, некоторые тепловые станции проектируются для сжечь «биомассу». (Показан завод по производству биомассы во Флориде, авторское право на изображение: US Generating). Термин применяется к древесным отходам. или какой-либо другой возобновляемый растительный материал.Например, Okeelanta Cogenration. Завод во Флориде сжигает жмыхи от переработки сахарного тростника операций в течение одной части года, а древесные отходы во время выращивания сезон.

Ядерная Растения

Хотя есть некоторые важные технические (и социальные) отличия, атомные электростанции - это тепловые станции, которые производят электричество во многом так же, как и на заводах, работающих на ископаемом топливе. Разница в том, что они генерировать пар, используя тепло атомного деления, а не сжигая уголь, нефть или газ.Затем пар вращает генератор, как и в других тепловых растения.

Схема атомной станции в Гидро-Квебеке система
, авторское право, Hydro-Québec

Атомные станции не используют большое количество топлива и не часто заправляются топливом, в отличие от угольной электростанции, которая должна иметь железнодорожные составы. топлива, поставляемого регулярно. Тот факт, что парниковые газы и взвешенные в воздухе частицы минимальны при нормальной эксплуатации, что делает атомную энергетику привлекательной для многих, кто обеспокоен качеством воздуха.Сточные Воды горячее, чем на ископаемом заводе, и большие градирни предназначены для решения этой проблемы.

Однако стремление к полевой ядерной власть в США пошатнулась перед лицом озабоченности общественности вопросами безопасности, окружающей среды и экономики. Поскольку было указано больше механизмов безопасности, стоимость строительства и система сложности росли. Кроме того, на заводах обнаружены некоторые неожиданные особенности, например преждевременный износ котельных труб. Инженеры-ядерщики утверждают, что ранние проблемы с ядерной заводов подлежат техническим исправлениям и работают над новыми "по своей сути безопасные »конструкции заводов.Противники утверждают, что простое использование урана и плутоний в качестве топлива создает слишком много проблем и рисков, не стоящих никакой пользы от технологии должно быть.

Пока одна проблема, которая не решена проблема утилизации отработавших ядер топлива и загрязненных принадлежностей. которые могут оставаться опасными в течение тысяч лет. Постоянное захоронение в геологически стабильные местоположения - это план, который реализуется в настоящее время, хотя это все еще очень спорный.

Крупные аварии на Три-Майл Остров в 1979 г. и Чернобыль в 1986 г. атомная промышленность, общественные катастрофы.Сохраняющиеся экономические проблемы сделали атомные станции менее привлекательными для инвестиций. Несмотря на то, что он произвел 22% электроэнергии Америки в 1996 г. будущее ядерной энергетики в этой стране было неопределенным и горячо обсуждаемым.

кинетическая Генерирующие установки

Гидроэлектростанции и ветряные мельницы также преобразовывать энергию в электричество. Вместо тепловой энергии используют кинетическая энергия или энергия движения. Движущийся ветер или вода (иногда называемый «белый уголь») вращает турбину, которая, в свою очередь, вращает ротор генератора.Поскольку топливо не сжигается, не происходит загрязнения воздуха. произведено. Ветер и вода - возобновляемые ресурсы, и, хотя есть было много последних технических инноваций, у нас есть долгая история использования эти источники энергии. Однако проблемы существуют даже с этими технологиями.

Гидроэлектрический Растения

В эксплуатации находятся два основных типа гидроэлектростанций. Один тип, завод «русла реки», потребляет энергию от быстро движущегося ток, чтобы раскрутить турбину.Расход воды в большинстве рек может быть разным. широко в зависимости от количества осадков. Следовательно, есть несколько подходящих участки для русловых растений.

Мост гидроэлектрический растения используют резервуар для компенсации периодов засухи и повысить давление воды в турбинах. Эти искусственные озера покрывают большие территории, часто создавая живописные спортивные и развлекательные объекты. Массивные плотины также необходимы для борьбы с наводнениями. В прошлом мало кто задавал вопросы распространенное предположение, что выгоды перевешивают затраты.

Эти расходы связаны с потерей земли. затоплен водохранилищем. Плотины вытеснили людей и уничтожили дикую природу среда обитания и археологические памятники. Прорыв дамбы может иметь катастрофические последствия. Некоторые экологические затрат можно избежать за счет продуманного дизайна; использование рыболовных трапов для разрешения Одним из хороших примеров является перемещение рыбы вокруг плотины. Однако остаются другие расходы, и протесты против некоторых недавних гидроэнергетических проектов стали столь же злыми как антиядерные протесты.

Особый вид гидроэнергетики называется «ГАЗ».Некоторые негидравлические станции могут использовать периоды низкой потребности (и низких затрат) за счет откачки воды в резервуар. Когда спрос возрастает, часть этой воды проходит через гидротурбину. для выработки электроэнергии. Поскольку энергоблоки "пиковой нагрузки" (б / у для удовлетворения временных скачков спроса), как правило, дороже в эксплуатации, чем блоки "базовой нагрузки" (которые работают большую часть времени), гидроаккумулирующие установки это один из способов повысить эффективность системы.

Ветер Мощность

Ветропаркам не нужны резервуары и не создают загрязнения воздуха.Небольшие ветряные мельницы могут обеспечить энергией отдельные дома. Воздух несет гораздо меньше энергии, чем вода, однако, гораздо больше это нужно для вращения роторов. Нужны либо несколько очень больших ветряных мельниц или много маленьких, чтобы управлять коммерческой ветроэлектростанцией. В любом случае конструкция затраты могут быть высокими.

Как и русловые ГЭС, там ограниченное количество подходящих мест, где ветер дует предсказуемо. Даже на таких объектах часто приходится проектировать турбины со специальной зубчатой ​​передачей, чтобы ротор вращался с постоянной скоростью в несмотря на переменную скорость ветра.Некоторые находят меньше технических проблем с инсталляциями, способными превратить живописный хребет или перейти в некрасивую сталь лес или это может сказаться на птицах.

Альтернатива Поколение

Электростанции других типов не использовать традиционное оборудование для производства электроэнергии. Геотермальные установки заменяют котлы с самой Землей. Фотогальваника («PV») и топливо Ячейки идут дальше, полностью отказываясь от турбогенераторов. Эти альтернативные энергетические технологии разрабатывались уже несколько десятилетий, и сторонники считают, что техническая и политическая ситуация принесет их на рынок.

Геотермальная энергия Растения

Давление, радиоактивный распад и подстилающая Расплавленная порода действительно разогревает глубины земной коры. Яркий Пример тепла, доступного под землей, наблюдается при извержении гейзеров, пар и горячая вода витают высоко в воздухе. Природные источники пара и горячей воды привлекали внимание энергетиков с начала нынешнего века.

При нажатии на эту естественную тепловую энергии, геотермальные электростанции обеспечивают электричество с низким уровнем загрязнения.Есть несколько разных сортов растений, и продукт из геотермальная площадка используется как для отопления, так и для производства электроэнергии. Найти подходящие сайты может быть сложно, хотя из-за технических новшеств происходят, больше сайтов становятся практичными. Использование геотермальных источников также может имеют эффект «выключения» природных гейзеров, и эта возможность необходимо учитывать на этапе планирования.

Солнечная Мощность

Солнечные батареи или "фотоэлектрические батареи" не используйте генератор; они генератор.Обычно собираются панелями, эти устройства используют способность света вызывать ток течь в некоторых веществах. Ряд ячеек соединены вместе, и ток течет от панели, когда на нее попадает солнечный свет. Они не производят загрязнение во время работы, и большинство ученых предсказывают, что запас топлива прослужит не менее 4 миллиардов лет.

Солнечные панели были относительно дорогими сделать, а ночью и в непогоду они конечно работать не будут. Некоторые процессы, необходимые для их производства, недавно были поставлены под сомнение с точки зрения окружающей среды.Не весь солнечный свет, падающий на солнечный элемент, превращается в электричество, и повышение эффективности было медленной работой. Тем не менее, идея использования всего этого свободного солнечного света остается мощным двигателем солнечной энергии. сила.

Топливо Ячейки

Ценится за их полезность на космических кораблях, топливные элементы химически объединяют вещества для выработки электроэнергии. Пока это может звучать очень похоже на батарею, топливные элементы питаются от непрерывный поток топлива.Например, в американском Space Shuttle топливные элементы объединить водород и кислород для производства воды и электричества.

Топливные элементы обычно были дорогими для изготовления и не подходят для больших установок. Однако они представляют "модульная" технология в этой способности может быть добавлена ​​в небольшие приращения (5-20 МВт) по мере необходимости, позволяя коммунальным предприятиям сократить капитальные расходы и сроки строительства. Исследования кажутся многообещающими; одна испытательная установка в Йонкерсе, штат Нью-Йорк, может производить 200 кВт с использованием газа, образующегося при работе станции очистки сточных вод.Кроме того, в Японии в качестве центрального источника энергии используются установки на топливных элементах.

Децентрализованная генерация

Максимальная полезность топливных элементов или фотоэлектрических элементов не может находиться в крупных центральных электростанциях. В эпоху до великих сети проводов, охватывающие весь континент, небольшая генерирующая станция на помещения имели экономический смысл для многих деловых и промышленных потребителей. Поскольку двигатели и оборудование были улучшены и разработаны с учетом новое энергоснабжение, больше клиентов электрифицировали свой бизнес и дома.

В начале 20-го -го -го века, консолидированных малых генерирующих компаний и независимых растения медленно исчезли. Просто стало экономнее покупать электроэнергию от централизованного энергоснабжения, а не на месте. Крупные региональные энергетические пулы выросли, поскольку компании объединили свои передачи системы и разделяемые резервные мощности. «Экономия масштаба» стала часы-слова.

Это может измениться в 21 st Века.По мере совершенствования технологии производства электроэнергии и окружающей среды растут опасения, сама концепция крупных централизованных генерирующих станций ставится под сомнение. Например, в большинстве случаев это неэкономично. для обогрева домов и предприятий из центра. Индивидуальные печи обеспечивать теплом отдельные здания за счет топлива системы транспортировки и распределения. Бензиновые или дизельные генераторы обеспечивать децентрализованное электроснабжение зданий в чрезвычайных ситуациях, хотя они не экономичен для штатного питания.Продолжение технических улучшений в топливные элементы или фотогальваника могут изменить эту экономику. Эта возможность особенно привлекательно с учетом стоимости и возражений против строительства. большие линии электропередач.

.

Семь основных источников электричества, о которых вы должны знать

Само представление о мире без электричества кажется невозможным. Это один из величайших даров науки человечеству. Почти все в нашем мире сегодня зависит от электроэнергии.

Ожидается, что электрическая зависимость со временем будет только расти. По оценкам, в 2018 году мировой спрос на электроэнергию вырос до 23000 ТВтч, и это число, вероятно, будет увеличиваться с каждым годом.Этот стремительно растущий спрос отвечает за половину роста потребностей в энергии и составляет 20% от общего потребления энергии во всем мире.

СВЯЗАННЫЕ: 3+ РАЗЛИЧНЫХ ТИПА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ, ГЕНЕРИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ ДЛЯ США

Эти статистические данные ясно показывают, что электричество - это генератор будущего. Тем не менее, как мы можем генерировать такое ошеломляющее количество электроэнергии для удовлетворения постоянно растущих потребностей? Давайте узнаем!

Определение электричества

Электричество можно определить как форму энергии, которая вырабатывается в результате потока электронов из положительных и отрицательных точек внутри проводника.Мы рассматриваем электричество как вторичный источник энергии.

Это связано с тем, что он не поставляется в виде готового продукта, а должен быть получен из первичных источников, таких как ветер, солнечный свет, уголь, природный газ, реакции ядерного деления и гидроэнергетика.

Вот несколько основных способов, с помощью которых мы можем производить электричество, и как это можно сделать!

1. Электричество через трение

Первые наблюдения электрических явлений были сделаны в Древней Греции.Это произошло, когда философ Фалес Милетский (640–546 гг. До н.э.) обнаружил, что когда янтарные бруски натирают о загорелую кожу, они приобретают привлекательные характеристики, которыми раньше не обладали.

Это тот же эксперимент, который теперь можно провести, протерев пластиковый стержень тканью. Поднося его ближе к маленьким кусочкам бумаги, он привлекает их, как это характерно для наэлектризованных тел.

Все мы знакомы с эффектами статического электричества. Некоторые люди более подвержены влиянию статического электричества, чем другие.Некоторые пользователи автомобилей ощущают его воздействие при нажатии на ключ или прикосновении к пластине автомобиля.

Мы создаем статическое электричество, когда протираем ручку одеждой. То же самое происходит, когда мы натираем стекло о шелк или янтарь с шерсти.

Следовательно, понятия заряда и подвижности необходимы при изучении электричества, и без них электрический ток не мог бы существовать.

2. Электроэнергия за счет химического воздействия

Все батареи состоят из электролита (который может быть жидким, твердым или полутвердым), положительного электрода и отрицательного электрода.Электролит - это ионный проводник.

Один из электродов производит электроны, а другой электрод их принимает. Когда электроды подключены к питаемой цепи, они производят электрический ток.

Батареи, в которых химическое вещество не может вернуться в исходную форму после преобразования химической энергии в электрическую, называются первичными или гальваническими батареями.

Батареи или аккумуляторы двусторонние.В этих типах батарей химическое вещество, которое реагирует в электродах с образованием электрической энергии, может быть восстановлено путем пропускания через него электрического тока в направлении, противоположном нормальному режиму работы батареи.

3. Электричество под действием света

Когда солнечный свет становится более интенсивным, напряжение, генерируемое между двумя слоями фотоэлектрического элемента, увеличивается. Но как работает фотоэлемент?

При отсутствии света система не вырабатывает энергию.Когда солнечный свет попадает на пластину, клетка начинает функционировать. Фотоны солнечного света взаимодействуют с доступными электронами и увеличивают их энергетические уровни.

Таким образом, электричество вырабатывается за счет солнечной энергии.

4. Тепловая электроэнергия за счет теплового воздействия

Тепловая генерирующая установка - это тип установки, в которой турбина, приводимая в действие паром под давлением, используется для перемещения оси электрогенераторов. Обычные тепловые электростанции и атомные тепловые электростанции используют энергию, содержащуюся в сжатом паре.

Самый простой пример - подключить чайник, полный кипятка, к лопастному колесу, которое, в свою очередь, соединено с генератором. Струя пара из котла приводит в движение ротор.

Следовательно, мы можем получать пар разными способами, например, сжигая уголь, нефть, газ, городские отходы или используя большое количество тепла, выделяемого реакциями ядерного деления. Вы даже можете производить пар, концентрируя энергию солнца.

Не будет ошибкой сказать, что тепловая энергия - один из самых распространенных способов производства электроэнергии.

5. Электричество за счет магнетизма

В 1819 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед сделал необычайное открытие, обнаружив, что магнитную стрелку можно отклонять электрическим током. Это открытие, показавшее связь между электричеством и магнетизмом, было разработано французским ученым Андре Мари Ампером.

Ампер изучил силы между проводами, по которым циркулируют электрические токи. В том же духе французский физик Доминик Франсуа Араго, как известно, намагничивал железо, помещая его рядом с кабелем, по которому проходит ток.

После этого, в 1831 году, британский ученый Майкл Фарадей обнаружил, что движение магнита вблизи кабеля индуцирует в нем электрический ток. Этот эффект был противоположен обнаруженному Эрстедом.

Таким образом, Эрстед продемонстрировал, что электрический ток может создавать магнитное поле. С другой стороны, Фарадей продемонстрировал, что мы можем использовать магнитное поле для создания электрического тока. Оба открытия являются новаторскими.

В этом контексте полное смешение теорий магнетизма и электричества произошло благодаря британскому физику Джеймсу Клерку Максвеллу.Максвелл предсказал существование электромагнитных волн и определил свет как электромагнитное явление.

Очевидно, потребовалось много ученых и исследователей, чтобы сделать вывод, что электричество также может быть произведено с помощью магнетизма.

6. Электроэнергия, вырабатываемая под давлением

Давление, оказываемое подземными водными потоками, - это процесс, используемый на больших судах в качестве альтернативной энергии основной системы. В плотинах электричество вырабатывается путем выпуска контролируемого потока воды под высоким давлением через принудительный трубопровод.

Вода приводит в движение турбины, которые приводят в движение генераторы и, таким образом, вырабатывают электрический ток. Затем этот высокий ток низкого напряжения проходит через усилитель напряжения, который преобразует его в электричество.

7. Гидравлическое электричество за счет действия воды

Из всех перечисленных выше способов получения энергии магнитная энергия чаще всего используется для производства электроэнергии в больших количествах. Его производство основано на том, что при перемещении проводника в присутствии магнита в проводнике происходит упорядоченное движение электронов.

Это происходит в результате сил притяжения и отталкивания, вызванных магнитным полем. Работа генераторов переменного тока, двигателей и динамо-машин основана на этой форме производства электроэнергии.

Примечательно, что гидроэлектроэнергия вырабатывает около 9% электроэнергии в США. Более того, он является возобновляемым и может производиться с очень небольшим количеством выбросов.

СВЯЗАННЫЕ С: 21 ТОП-ПЛОТИНЫ В МИРЕ, ПОЛУЧАЮЩИЕ БОЛЬШОЕ КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Производство электроэнергии имеет богатую историю и еще более светлое будущее.Согласно прогнозам Института энергетических исследований, ископаемое топливо продолжит сохранять свой статус ведущего источника производства электроэнергии в США до 2040 года.

.

Смотрите также