Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрические приборы и устройства » Виды электрических генераторов и принципы их работы
Количество просмотров: 83819
Комментарии к статье: 6


Виды электрических генераторов и принципы их работы


Электрическим генератором называется машина или установка, предназначенная для преобразования энергии неэлектрической — в электрическую: механической — в электрическую, химической — в электрическую, тепловой — в электрическую и т. д. Сегодня в основном, произнося слово «генератор», мы имеем ввиду преобразователь механической энергии - в электрическую.

Это может быть дизельный или бензиновый переносной генератор, генератор атомной электростанции, автомобильный генератор, самодельный генератор из асинхронного электродвигателя, или тихоходный генератор для маломощного ветряка. В конце статьи мы рассмотрим в качестве примера два наиболее распространенных генератора, но сначала поговорим о принципах их работы.

Виды электрических генераторов и принципы их работы

Так или иначе, с физической точки зрения принцип работы каждого из механических генераторов — один и тот же: явление электромагнитной индукции, когда при пересечении линиями магнитного поля проводника - в этом проводнике возникает ЭДС индукции. Источниками силы, приводящей к взаимному перемещению проводника и магнитного поля, могут быть различные процессы, однако в результате от генератора всегда нужно получить ЭДС и ток для питания нагрузки.

Принцип работы генератора

Принцип работы электрического генератора — Закон Фарадея

Принцип работы электрического генератора был открыт в далеком 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем. Позже этот принцип назвали законом Фарадея. Он заключается в том, что при пересечении проводником перпендикулярно магнитного поля, на концах этого проводника возникает разность потенциалов.

Первый генератор был построен самим Фарадеем согласно открытому им принципу, это был «диск Фарадея» - униполярный генератор, в котором медный диск вращался между полюсами подковообразного магнита. Устройство давало значительный ток при незначительном напряжении.

Закон Фарадея

Позже было установлено, что отдельные изолированные проводники в генераторах проявляют себя гораздо эффективнее с практической точки зрения, чем сплошной проводящий диск. И в современных генераторах применяются теперь именно проволочные обмотки статора (в простейшем демонстрационном случае — виток из проволоки).

Генератор переменного тока

В подавляющем своем большинстве современные генераторы — это синхронные генераторы переменного тока. У них на статоре располагается якорная обмотка, от которой и отводится генерируемая электрическая энергия. На роторе располагается обмотка возбуждения, на которую через пару контактных колец подается постоянный ток, чтобы получить вращающееся магнитное поле от вращающегося ротора.

За счет явления электромагнитной индукции, при вращении ротора от внешнего привода (например от ДВС), его магнитный поток пересекает поочередно каждую из фаз обмотки статора, и таким образом наводит в них ЭДС.

Чаще всего фаз три, они смещены физически на якоре друг относительно друга на 120 градусов, так получается трехфазный синусоидальный ток. Фазы можно соединить по схеме «звезда» либо «треугольник», чтобы получить стандартное сетевое напряжение.

Синусоидальный ток

Частота синусоидальной ЭДС f пропорциональна частоте вращения ротора: f = np/60, где — p - число пар магнитных плюсов ротора, n – количество оборотов ротора в минуту. Обычно максимальная скорость вращения ротора — 3000 оборотов в минуту. Если подключить к обмоткам статора такого синхронного генератора трехфазный выпрямитель, то получится генератор постоянного тока (так работают, кстати, все автомобильные генераторы).

Упрощенная схема трехфазного генератора переменного тока:

Устройство трехфазного генератора переменного тока

Трехмашинный синхронный генератор

Конечно, у классического синхронного генератора есть один серьезный минус — на роторе располагаются контактные кольца и щетки, прилегающие к ним. Щетки искрят и изнашиваются из-за трения и электрической эрозии. Во взрывоопасной среде это не допустимо. Поэтому в авиации и в дизель-генераторах более распространены бесконтактные синхронные генераторы, в частности — трехмашинные.

У трехмашинных устройств в одном корпусе установлены три машины: предвозбудитель, возбудитель и генератор — на общем валу. Предвозбудитель — это синхронный генератор, он возбуждается от постоянных магнитов на валу, генерируемое им напряжение подается на обмотку статора возбудителя.

Статор возбудителя действует на обмотку на роторе, соединенную с закрепленным на ней трехфазным выпрямителем, от которого и питается основная обмотка возбуждения генератора. Генератор генерирует в своем статоре ток.

Газовые, дизельные и бензиновые переносные генераторы

Переносной генератор для автономного электроснабжения

Сегодня очень распространены в домашних хозяйствах дизельные, газовые и бензиновые генераторы, которые в качестве приводных двигателей используют ДВС — двигатель внутреннего сгорания, передающий механическое вращение на ротор генератора.

У генераторов на жидком топливе имеются топливные баки, газовым генераторам — необходимо подавать топливо через трубопровод, чтобы затем газ был подан в карбюратор, где превратится в составную часть топливной смеси.

Во всех случаях топливная смесь сжигается в поршневой системе, приводя во вращение коленвал. Это похоже на работу автомобильного двигателя. Коленвал вращает ротор бесконтактного синхронного генератора (альтернатора).

Лучшие инверторные генераторы домашних электростанций имеют встроенный аккумулятор для компенсации перепадов и систему двойного преобразования, у таких устройств переменное напряжение получается более стабилизированным.

Автомобильные генераторы

Устройство автомобильного генератора

Еще один пример генератора переменного тока — самый распространенный в мире вид генератора - автомобильный генератор. Данный генератор традиционно содержит обмотку возбуждения с контактными кольцами на роторе и трехфазную обмотку статора с выпрямителем.

Встроенный электронный регулятор удерживает напряжение в допустимых для автомобильного аккумулятора пределах. Автомобильный генератор — высокооборотный генератор, его обороты могут достигать 9000 в минуту.

Автомобильный генератор

Хотя изначально ток получается переменным (полюсные наконечники ротора поочередно и в разной полярности пересекают своими магнитными потоками три фазы обмотки статора), затем он выпрямляется диодами и превращается в постоянный, пригодный для зарядки аккумулятора.

Необычные конструкции электрических генераторов:

Генераторы свободной энергии

Сверхэффективный мотор-генератор Роберта Александера

Генератор Маркса (генератор импульсного напряжения)

Теромогенератор на элементе Пельтье

Наногенераторы для миниатюрных электронных устройств

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрические приборы и устройства

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Как работает электрический генератор
  • Дизель генератор - устройство и принцип действия
  • Что такое динамо-машина. Первые генераторы постоянного тока
  • Автомобильный генератор и его особенности
  • Как отличить асинхронный двигатель от двигателя постоянного тока
  • Сверхэффективный мотор-генератор Роберта Александера
  • Генераторы инверторного типа - 3 жирных плюса!
  • Как сделать вечный двигатель своими руками
  • Короткозамкнутый и фазный ротор - в чем различие
  • Что необходимо учитывать при выборе генератора
  • Категория: Электрические приборы и устройства

    Электрогенераторы, Источники энергии, Электрическая энергия, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Максим |

    На заводской паспортной табличке трехфазных синхронных генераторов указываются номинальные величины, являющиеся их техническими характеристиками (напряжение, ток якоря, ток возбуждения, кажущаяся мощность, число оборотов и др.). Генераторы могут быть трех основных типов в зависимости от конструкции первичных двигателей, с которыми они соединяются: горизонтальные быстроходные турбогенераторы на 3000, 1500 об/мин для непосредственного соединения с паровыми турбинами, тихоходные гидрогенераторы преимущественно с вертикально расположенным валом на 62,5 - 750 об/мин, устанавливаемые на гидростанциях, тихоходные генераторы с горизонтальным валом на 187,5 - 1000 об/мин для двигателей внутреннего сгорания. На электростанциях предприятий чаще всего устанавливают генераторы напряжением 400/230 в или 6,3 кВ при соединении обмоток статора звездой. 

      Комментарии:

    #2 написал: Олег |

    Работа генератора основана на законе электромагнитной индукции Фарадея : если катушка (или обмотка) связана с переменным магнитным полем, то на катушке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС или напряжение). Таким образом, генераторы состоят из двух основных частей: одна создает магнитное поле, а другая - индуцирует энергии ЭДС. Магнитное поле обычно создается электромагнитами . Таким образом, интенсивность поля можно регулировать для целей управления. Эти обмотки называются обмотками возбуждения или цепями возбуждения. Катушки, в которых индуцируются энергии ЭДС, называются обмотками якоря или цепями якоря. Один из этих двух компонентов является неподвижным (статор), а другой - вращающейся частью ( ротор ), приводимой в действие внешним крутящим моментом. Однако практические соображения приводят к общей конструкции, согласно которой для генераторов переменного тока обмотки возбуждения устанавливаются на роторе, а обмотки якоря - на статоре. Сегодня большая часть электроэнергии производится синхронными генераторами, которые вращаются с постоянной скоростью (синхронная скорость). Эта скорость определяется рабочей частотой системы и структурой машины. 

      Комментарии:

    #3 написал: Сергей Сергеевич |

    Электрический генератор представляет собой вращающуюся электрическую машину, которая используется для преобразования механической энергии (или вращательного движения) в электрическую энергию. Генератор создает упорядоченное движение электронов в электрическом проводнике в замкнутой электрической цепи. Его можно сравнить с насосом, который перемещает воду по замкнутому контуру трубы, но не производит воду сам по себе. Генератор должен вращаться от основного источника вращательного движения, которым может быть паровая машина, турбина (водяная, газовая, ветровая, паровая), рукоятка или другие источники механической энергии. Электростанции используют турбину и генераторную установку, которую мы называем турбогенератором. Электрический генератор состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор — неподвижная часть. Внутри статора находится ротор, насаженный на вращающийся вал, являющийся источником механической энергии. В проводнике, который движется в магнитном поле, индуцируется электрический ток. Магнитное поле создается в одной из двух частей (статоре или роторе), а в другой части электрическая энергия генерируется в обмотке за счет электромагнитной индукции. Поскольку ротор вращается внутри статора, магнитное поле и проводник постоянно движутся друг с другом, а генератор постоянно вырабатывает электрический ток. Генераторы включают динамо-машину, генератор переменного тока, термопару, радиоизотопный термоэлектрический генератор и многое другое.

      Комментарии:

    #4 написал: Николай |

    Генераторы – это генераторы переменного напряжения. Они состоят из неподвижной части — статора и подвижной части — ротора. В большинстве генераторов переменного тока источником магнитного поля является ротор, образованный электромагнитом, который вращается в статоре. Катушки соленоида, называемые катушками возбуждения, питаются от постоянного тока возбуждения. Источником этого постоянного тока является возбудитель - динамо-машина, которая расположена на одной оси с ротором генератора переменного тока, а ток к катушкам возбуждения подается путем контакта со щетками и кольцами на валу генератора переменного тока. Если вращать ротор механической силой, то магнитное поле ротора также будет вращаться и это магнитное поле будет индуцировать электрический ток в катушке, называемой индукционной катушкой, витки которой расположены в распределенных по окружности статора канавках, выполненных из стальные листы с взаимной изоляцией. Индуцированное переменное напряжение генерируется в обмотках статора.

      Комментарии:

    #5 написал: Андрей |

    Электрические генераторы используются для преобразования механической или кинетической энергии в разность электрических потенциалов, также известную как напряжение. 

      Комментарии:

    #6 написал: Леонид Дробышев |

    Электротехника выросла из конструкции двигателей и генераторов. Они объединены общим термином «вращающиеся машины», потому что все они включают вращающиеся катушки, магнитные поля и умеренно большие плотности тока.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.