Какие бывают генераторы электрического тока: Электрический генератор. Основное оборудование электрических станций и подстанций.

Принцип работы генераторов основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому происходит индукция ЭДС в прямоугольной контурной части проволочной рамки.

Назначение

Современные генераторы, имеющие встроенные кремневые диоды, обладают небольшими габаритами, простой конструкцией, надежностью и долгим сроком эксплуатации, что является отличным дополнением высокой удельной мощности таких устройств-преобразователей при малой вращательной частоте.

Некоторое время назад генераторы отличались довольно узкой областью применения, но благодаря усилиям разработчиков, техников и специалистов, преобразователи энергии были в значительной степени усовершенствованы. На сегодняшний день область применения данных устройств очень широка, поэтому генераторы ПТ стали незаменимыми в промышленной и бытовой сфере.

Какие бывают генераторы электрического тока – виды электрогенераторов

Использование энергетических ресурсов нуждается в преобразовании одних форм энергии в другие. Устройства, в которых такое преобразование происходит, являются преобразователями энергии. Данное преобразование, как правило, включает в себя промежуточную стадию: энергия простого носителя предварительно преобразуется в механическую, а после этого полученная механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

Энергетический преобразователь, преобразующий механическую энергию в электрическую энергию или наоборот, называется электрической машиной. Электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую энергию, называются электрическим генератором. Любая электрическая машина является электромагнитным устройством, которое включает в себя взаимозависимые магнитные и электрические цепи.

Если встал вопрос, как выбрать электростанцию или генератор, то нужно учитывать множество факторов:

• мощность,
• время непрерывной работы,
• вид топлива,
• производителя и т.д.

Ниже приведена классификация генераторов по различным параметрам.

По типу первичного двигателя промежуточной стадии электрические генераторы бывают:

• турбогенераторами, приводимыми в движение газотурбинным двигателем;
• гидрогенераторами, приводимыми в движение гидравлической турбиной;
• дизель-генераторами, бензо-генераторами, газогенераторами, приводимыми в движение двигателем внутреннего сгорания;
• ветрогенераторами, приводимыми в движение энергией ветра.

По виду выходного электрического тока бывают электрические генераторы:

• Постоянного тока. Их принцип действия основан на законе электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году, — электродвижущая сила индуцируется в прямоугольном контуре, который находится в однородном вращающемся магнитном поле. Преобразование в постоянный ток осуществляется посредством электромеханического выпрямителя – коллектора.
• Переменного тока. В основе их действия также лежит закон электромагнитной индукции. Поток электрических зарядов вызван перемещением электрического проводника. Это движение создает разность напряжений между двумя концами провода, что в свою очередь заставляет двигаться электрические заряды, таким образом, генерируя электрический ток.

По мобильности:

• Портативные (переносные). Такой тип генератора является одним из наиболее эффективных и удобных решений вопроса резервного электроснабжения загородного дома, обеспечения электричеством в туристическом походе, улучшения условий проживания в длительных путешествиях и экспедициях. Если необходим независимый источник питания, и вы не знаете, как выбрать генератор бензиновый, то первое, что нужно учесть, что его мощность колеблется в пределах от 0,5 до 12 кВт и для крупных объектов не подходит. Хотя малый вес и экономичность делает его популярным резервным источником питания. Эти генераторы оснащены двигателями с воздушным охлаждением.
• Передвижные. Для такого типа генератора не требуется специальное помещение и монтаж. Оборудование имеет постоянную готовность к срочной эксплуатации. Установка на шасси позволяет доставить оборудование (прицепную электростанцию) в труднодоступную точку, где нет электричества.
• Стационарные генераторы и электростанции. Применяются для бесперебойной подачи электрической энергии значительных мощностей. Не подлежат транспортировке и имеют постоянное место нахождения. Используются на строительных площадках, различных промышленных объектах непрерывного производства, в торговых центрах и проч. Такие генераторы имеют жидкостное охлаждение с использованием антифриза (радиаторное охлаждение).

В свою очередь стационарные генераторы бывают закрытого и открытого типа (закрытый тип имеет шумопоглощающий всепогодный кожух, открытый тип может быть установлен в помещении, где нет ограничений по уровню шума).

По назначению:

• Бытовые. Из-за способности эффективного обеспечения электрической энергией не более 8 часов в сутки, бытовые генераторы используются как резервный источник при кратковременных отключениях электроэнергии централизованными линиями электропередач на дачах, в загородных домах, на небольших производствах. Зачастую эти устройства бывают бензиновыми, весят от 25 до 200кг, просты в обслуживании, имеют небольшие габариты.
• Профессиональные. Предназначены для интенсивного использования на крупных объектах (больницах, супермаркетах, стройплощадках, промышленных предприятиях), а также в жестких условиях эксплуатации. Могут работать в качестве как основных, так и резервных источников электроэнергии. Имеют большой моторесурс.

По применению:

• Резервные. Используются как резервные источники электроэнергии (при аварийном или временном отключении электричества).
• Основные. Используются там, где вообще отсутствует электроснабжение.

По числу фаз:

• Однофазные. Подходят для подключения только однофазных потребителей с нагрузкой 220В.
• Трехфазные. Этот тип генератора может выдавать как 220В, так и 380В. Он используется для подключения трехфазных потребителей, а также может быть подключен к 1-фазным потребителям, но в этом случае необходимо равномерное распределение нагрузки между фазами (разница мощностей на разных фазах не должна отличаться на 20-25%). Трехфазные дизельные генераторы имеют больший КПД по сравнению с однофазными бензиновыми.

По виду пуска или степени автоматизации:

• Ручной. Запускается пусковой рукояткой.
• Электростартерный или автоматический. Запускается поворотом ключа или нажатием на кнопку. Также может иметь дистанционный запуск пультом, соединенным с генератором кабелем.

По виду топлива в двигателе внутреннего сгорания:

• Бензиновые. Работают на высокооктановых сортах бензина. Расход топлива составляет 1-2,5 л в час. Предел непрерывной работы – 12 часов, в связи с чем не используются в качестве полной замены электроснабжению, но купить электростанцию на бензине для аварийного и резервного источника с небольшими мощностями – оптимальный вариант. Бензиновые генераторы просты в эксплуатации, с низким уровнем шума, однако имеют низкий КПД по сравнению с дизельными аналогами.
• Дизельные. Работают на дизельном дистиллятном и остаточном топливе. Благодаря обеспечению низкой стоимости вырабатываемой электроэнергии имеют быструю окупаемость. Расход топлива составляет 2-3 л в час. Несмотря на большую стоимость по сравнению с бензиновыми установками, этот тип генераторов экономичнее, имеет больший моторесурс, может работать в суровых условиях с сильной запыленностью и при низких температурах. Купить генератор дизельный – значит обеспечить объект оборудованием, рассчитанным на интенсивное использование.
• Газовые. Работают на пропан-бутановых смесях и природном газе. Требуют врезку к газовой магистрали или периодическую замену баллона. Отличаются стабильной, надежной и экономичной работой, выдают мощности в диапазоне от 1,5 кВт до десятков тысяч, в результате чего используются на объектах с высоким энергопотреблением. Из-за низкого давления на поршень двигателя, установка работает бесшумно и без вибраций, полное сгорание газа обеспечивает чистоту выхлопа. Особенность: запуск двигателя может быть только при плюсовых температурах, поэтому генератор должен устанавливаться в отапливаемых помещениях.

По производителю

Дизельные: Honda, Kubota, Yamaha (Япония), John Deer (США), Hatz (Германия), Perkins (Великобритая) и др. Продукцию Hondа отличает бесшумность работы и долговечность двигателя. Бензиновые: Mecc Alte, Sincro, Soga (Италия), Stamford (Великобритания) и др. Синхронные генераторы Mecc Alte отличаются высочайшим качеством, безопасностью и надежностью.

Наличие собственного, независимого источника электроэнергии – важное дополнение к техническому оборудованию частного домовладения или предприятия. Электрогенератор решает многие проблемы, связанные с электроснабжением. Правильная эксплуатация и должное сервисное обслуживание позволит использовать электростанции многие годы.

Сейчас очень многие люди мечтают перебраться из душных городов в сельскую местность. Ее можно даже назвать мечтой жителя города. Здесь все хорошо — и чистый воздух, и экологически чистые продукты, но есть здесь и минусы. Они из них — это электроснабжение. В сельской местности могут быть перебои с электричеством или там может его вообще не быть. Что же делать, если это так? На помощь приходит электрогенератор.

Все электрогенераторы можно разделить на газовые, дизельные и бензиновые.

Бензиновые электрогенераторы. Это очень популярный и распространенный вид электрогенераторов. Он получил свою популярность за счет того, что имеет низкую цену и его не сложно эксплуатировать. Бензиновый электрогенератор потребляет за один час работы примерно от одного до двух с половиной литров топлива. Такой электрогенератор состоит из бензинового двигателя и генератора тока. Они вместе соединены с помощью вала. Если говорить о количестве времени, которое может проработать такой электрогенератор, то его предел 12 часов, поэтому его вряд ли удастся использовать как полную замену электроснабжению. Он сможет только лишь на некоторое время дать вам электроэнергию.

Дизельные электрогенераторы. Если сравнивать потребление такого электрогенератора, то оно, конечно же, выше чем у бензиновых, но и мощность у дизельных электрогенераторов больше. Поэтому можно сказать, что вы все равно выиграете, если купите его. Расход топлива у такого генератора равен 2-3 литрам в час. Такой генератор может работать намного дольше, а его мощность позволяет провести электроэнергию во весь дом. При выборе такого электрогенератора старайтесь выбирать тот, у которого самый большой размер бочек для топлива. Это нужно для того, чтобы вы не заливали топливо в генератор каждые несколько часов, ведь потребление у него большое.

Газовые электрогенераторы. Газовые электрогенераторы самые лучшие на данный момент. У них есть несколько преимуществ, которые не могут вам предоставить другие виды генераторов. Для начала стоит сказать, что газовый электрогенератор может работать на сжатом пропане или на газе от магистрали. Если вы будете использовать баллоны со сжатым пропаном, то будет экономить по сравнению с бензином или дизельным топливом в два раза больше. А если вы будете использовать магистраль, то будете экономить в семнадцать раз больше. Как видите экономия достаточно приличная. Так же такой вид электрогенераторов прослужит вам дольше, чем остальные. Дело в том, что частицы, которые образуются при сгорании газа, намного легче частиц, которые образуются при сгорании других веществ.

Так же вы можете купить электрогенератор, который сам будет включаться, когда электричество пропадает и сам выключиться, когда электроэнергия снова появиться. Но нужно учесть, что такой электрогенератор будет стоить несколько дороже.

При покупке электрогенератора нужно понимать, зачем он вам нужен. Если речь идет просто о резервном питании, то нужно брать в расчет только те электроприборы, которые вы посчитаете нужными. А если вы хотите обеспечить себе полное электроснабжение, то здесь нужно посчитать потребление всех электроприборов, которые есть у вас в доме и не забыть прибавить к этому числу 10-20% от него же, чтобы точно не остаться без электричества.

Принцип работы генерирующего устройства

Работа электрогенерирующего оборудования основывается на принципе конвертации механической энергии, получаемой из внешнего источника, в электроэнергию. Иными словами, устройство не вырабатывает самостоятельно электричество. Происходит усиление движения возникающих в проводах его обмотки электрических зарядов, которые проходя через внешнее кольцо циркуляции, отдают свою энергию. В результате на выходе образуется электрический ток, который и поступает в сеть от электростанции.

С научной точки зрения принцип называется «магнитной индукцией» и был обнаружен Майклом Фарадеем в 19 веке. Ученый физик установил, что перемещением электрического проводника в магнитном поле рождается поток зарядов. Между двумя концами проводника, в частности, провода, создается разность напряжений, который усиливает движение зарядов, превращая их в электричество.

Перейти в каталог генераторного оборудования:

Основные элементы электростанции

• Генератор переменного тока
• Двигатель
• Топливная система
• Контур регулировки напряжения
• Установка выпуска и охлаждения двигателя
• Система смазки
• Устройство зарядки
• Панель управления
• Основная конструкция / Сборка

Как устроен генератор переменного тока?

Это неотъемлемая часть электростанции, которая осуществляет преобразование механической мощности в электрическую энергию. Состоит устройство из неподвижных и подвижных модулей, которые вмонтированы в его корпус. Все элементы работают в синхронном режиме, усиливая движение между электрическими и магнитными полями, что рождает электричество.

Ротор, как подвижный модуль, создает вращающееся магнитное поле. Выполняется это несколькими способами:

• индукцией, которая происходит в синхронном бесщеточном генераторе, которые, как правило, имеют достаточно внушительные габариты;
• постоянными магнитами, используемыми в малых генераторах;
• с помощью задающего возбудителя, активизирующего ротор через сборку щеток и токопроводящих контактных колец.

Подвижным ротором вокруг статора вырабатывается вращающееся магнитное поле и вызывается разность напряжений в обмотке. Таким образом производится на выходе переменный ток.

Факторы, влияющие на эффективность работы синхронного генератора:

• металлический или пластиковый корпус. В первом случае устройство отличается большей долговечностью. Пластик же со временем деформируется и может стать причиной повреждения внутренних элементов, создавая таким образом аварийную ситуацию и опасность для пользователя.
• шариковый или игольчатый подшипник: первый более предпочтителен в силу большей его износостойкости.
• в бесщеточном генераторе не используются щетки, благодаря чему отличается производством более чистой энергии на фоне меньшего технического обслуживания.

Двигатель

С помощью этого элемента образуется механическая энергия для работы миниэлектростанции. Его размер напрямую зависит от максимальной мощности электростанции. Кроме того, существует множество факторов, влияющих на функциональность двигателя:

• вид топлива, используемое для работы двигателя. Это могут быть бензин, дизельное топливо, природный газ или пропан. Бытовые электростанции, как правило, работают на бензине, промышленные же электростанции – на дизельном топливе, природном газу, жидком или газообразном пропане. Есть модификации, работающие на комбинированном виде топлива – дизеле и газу.
• верхнее расположение клапанов OHV. Впускные и выпускные клапаны таких двигателей располагаются не на блоке цилиндров, а на их верхушке. Данные модели имеют более высокую стоимость, что обусловлены дополнительными преимуществами. Это компактный дизайн, упрощенная рабочая механика, удобство в использовании, а также долговечность конструкции. Кроме того, их работа отличается низким уровнем шума и меньшим уровнем выбросов.
• чугунная гильза в цилиндре двигателя, используемая в качестве подкладки. Таким способом уменьшается износ двигателя, что увеличивает доремонтный срок службы. Такая чугунная гильза используется в большинстве устройств с верхним расположением клапанов. Как элемент, эта подкладка имеет невысокую стоимость, однако очень важна, особенно в случаях частого использования электростанции.

Система подачи топлива

Топливный резервуар обычно имеет достаточный объем для поддержания стабильной работы электростанции на период от 6 до 8 часов. На малых устройствах бак устанавливается в верхней части корпуса. Для промышленной установки применяется наружный резервуар.

Характеристики системы:

• соединение трубопроводов с двигателем. Таким путем осуществляется подача топлива к работающему модулю и обратно.
• вентиляционная труба для топливного бака необходима для снижения уровня давления при повторном заполнении или сливе резервуара. Крайне важно при этом обеспечить контакт металлических поверхностей сопла наполнителя и топливного бака во избежание искр.
• сливное соединение с дренажной трубой используется для предотвращения протечек жидкости во время слива.
• топливный насос отвечает за перемещение топлива от основного хранилища в точку потребления. Данное устройство имеет электропривод.
• топливный фильтр очищает жидкость от иных примесей, способных привести к коррозии и загрязнению внутренних модулей оборудования.
• инжектор автоматически управляет поступлением необходимого объема жидкости в камеру сгорания.

Регулятор напряжения AVR

Этот модуль осуществляет регулировку выходного напряжения электростанции. Устройство состоит из нескольких компонентов:

• регулятор напряжения контролирует процесс преобразования переменного напряжения в постоянный электроток. Затем происходит его подача на вторичную обмотку статора.
• возбудитель обмотки необходим для генерирования небольшого количества переменного тока. Напрямую связан с вращающимся выпрямителем тока.
• вращающийся выпрямитель тока осуществляет выпрямление переданного с возбудителя обмотки переменного тока с последующей конвертацией его в постоянный. Затем выполняется его подача на ротор, где в дополнение к вращающемуся магнитному полю создается и электромагнитное напряжение.
• ротору отводится роль индукции большого количества переменного напряжения на обмотку статора.

Регулятор напряжения максимально задействован в начальном периоде запуска установки. Как только устройство выходит на полную работоспособность, модуль снижает выработку постоянного тока. В состоянии равновесия регулятор напряжения производит только необходимое количество мощности для поддержания электростанции в рабочем состоянии.

При увеличении нагрузки на электростанцию, регулятор напряжения выходит из состояния равновесия и активизирует свою работу, пока мощность оборудования не выйдет на показанный уровень потребления.

В нашем каталоге Вы можете ознакомиться с примерами дизельных генераторов с АВР >>

Установка выхлопа и охлаждения двигателя электростанции

Включает в себя:

• Систему охлаждения электростанции, используемую для снижения уровня перегрева рабочего устройства. В качестве антифриза используется вода, водород, а также стандартный радиатор и вентилятор. За уровнем охлаждения следует периодически наблюдать, чтобы предотвратить аварийную ситуацию. Система требует постоянной очистки от загрязнений, выполняемую через каждые 600 часов работы. Следует обеспечить приток к устройству свежего воздуха: по действующим нормам в радиусе от электрогенерирующей установки должно быть не меньше метра свободного пространства.
• Систему выхлопа. В процессе сгорания топлива образуется отработанный газ, содержащий высокотоксичные химические соединения. Очень важно создать эффективную систему утилизации выхлопов с использованием вытяжек.

Система смазки

Электростанция в комплекте имеет множество движущихся модулей, эффективность работы которых зависит и от содержания смазочных веществ. Для чего в помпе всегда находится специальное масло, уровень которого следует контролировать каждые 8 часов. Также необходимо строго отслеживать возможные протечки смазывающего вещества.

Зарядное устройство

Запуск электростанции осуществляется с помощью аккумулятора. Эта батарея должна быть всегда заряженной, за что отвечает зарядное устройство. Оно снабжает аккумулятор необходимым количеством «плавающей» энергии, которая и производит подзарядку емкости. Важно следить за уровнем этой энергии: снижение приведет к неполной зарядке аккумулятора, а повышенный уровень выведет его из строя.

Изготавливается зарядное устройство из нержавеющей стали, чтобы увеличить срок службы модуля. Его работа полностью автоматизирована и не требует вмешательства в параметры. Постоянное напряжение на выходе определяется на уровне на 2.33 Вольт на ячейку. Зарядное устройства обладает отдельным постоянным напряжением, которое может привнести сбои в нормальное функционирование электрооборудования.

Панель управления

Модуль снабжен упрощенным интерфейсом, на котором отображены все положения управляемых элементов. Каждый производитель предлагает собственный вариант панели.

Электрическое включение и выключение автоматически запускает электростанцию в рабочее состояние в случае необходимости. И отключает, когда деятельность устройства нецелесообразна.

Механическое устройство прибора отображает на датчиках наиболее важные параметры по давлению масла, температуре охлаждения, напряжению батареи, скорости вращения двигателя и длительности работы. При превышении нормы электростанция автоматически отключается.

Датчики мини электростанции отвечают за измерение выходного тока, напряжения и рабочей частоты. Иные виды контроля: переключатель частоты, фазовый селекторный переключатель и переключатель режимов двигателя.

Рама / Корпус

Основная конструкция служит генераторному оборудованию главной поддержкой и имеет выполненный под заказ корпус. В случаях, когда предполагается перемещение оборудования, рама может быть дополнительно оснащена шасси.

Для наглядности, вы можете посмотреть нашу продукцию из раздела передвижные дизельные генераторы >>

Отсутствие электричества сегодня не становится проблемой как в быту, так и в промышленности. Широкий ассортимент генераторов тока позволяет решить проблему быстро, с минимальными трудозатратами. Резервные источники питания незаменимы в современной реальности — всему нужна электроэнергия. Гарантии, что подачу электроэнергии не прекратят в самый неподходящий момент – не может дать ни она организация. Поэтому резервная электростанция на базе генератора постоянного или переменного тока — важное, а зачастую незаменимое оборудование, которое обеспечивает непрерывность производства, комфорт в бытовой сфере, безопасность и непрерывность технологических процессов.

Что такое генератор тока

Когда нет электрической энергии, требуется получить её из другого источника. Наши предки, например, использовали силу ветра, течения рек. Впрочем, сегодня подобную энергию применяют, если не жалко времени и сил на возведение плотин и ветряков. Генераторы тока стандартно «работают» на топливе, за счет вращения обмотки в магнитном поле преобразовывая механическую энергию вращения в электричество. Ток возникает в замкнутом контуре, протекает по обмоткам, когда к электростанции подключается потребитель — именно так работает генератор тока.
В зависимости от того, как вращается магнитное поле (при неподвижном или подвижном проводнике) различают два типа этих электрических машин — генераторы постоянного или переменного тока.

В чем разница между постоянным и переменным током

Вспоминаем уроки физики. Электроток — заряженные микрочастицы, которые «бегут» в определенном направлении. У постоянного тока частицы движутся по прямой, в одном направлении от минуса к плюсу. У переменного движение электронов идет по синусоиде с определенной частотой (полярность между проводами меняется несколько раз за заданный промежуток времени).

Разница между движением заряженных частиц заложена в принцип работы генераторов электрического тока. Для простого обывателя можно сказать так: в розетке — переменный, в батарейке — постоянный. В качестве частного случая, с очень большим упрощением, можно сказать так: всё что с напряжением до 48 Вольт — всё постоянный, всё что от 100 до 500 Вольт — переменный.
Автор статьи и специалисты Mototech прекрасно осведомлены о том, что и постоянный ток может иметь практически любое напряжение (например, 380 Вольт на шине постоянного тока в ИБП), так же как и переменный ток для узких задач.

В чем конструктивная разница между генераторами

Несмотря на то, что конечный результат работы электростанций один — потребитель получает электроэнергию, методы преобразования механической энергии в электродвижущую силу и электричество различаются. Элементы (комплектующие) также отличны.

Особенности конструкции генераторов переменного тока

Электростанция такого типа состоит из:

• Внешней силовой рамы, изготовленной из высокопрочных сплавов. Корпус рассчитан на интенсивную нагрузку, возникающую при передаче магнитного потока от полюса к полюсу. Проще говоря: чугунный кожух не «пробивается» разрядами тока.
• Магнитных полюсов, закрепленные на корпусе болтами или шпильками. На «плюс» и «минус» монтируется обмотка.
• Статора. Остов с катушкой возбуждения изготавливают из ферромагнитных материалов, на сердечнике устанавливают магнитные полюса, которые и образуют магнитное поле.
• Вращающегося ротора (якоря). Задача магнитопровода — снизить вихревые токи и повысить КПД генератора постоянного тока.
• Коммутационного узла, оснащенного щетками (обычно изготовленными из графита) и коллекторными пластинами из меди.

Полюсов может быть несколько (число минусов и плюсов всегда идентично). Поэтому сегодня потребитель может купить электростанцию необходимой мощности и обеспечить электричеством как дом, так и промышленный объект.

Особенности конструкции генератора переменного тока

Конструктивной разницы в статоре и роторе между устройствами постоянного и переменного тока нет. Практически идентичны и силовые рамы. Существенное отличие в комплектации коммуникационного узла. Каждый выход механизма помимо щеток оснащен токопроводящими кольцами. «Закольцованный» ток движется по синусоиде и несколько раз в секунду достигает пика мощности. По типу устройства, характеристикам и принципу работы современные генераторы переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Специфика синхронного устройства: скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля в рабочем зазоре.

Асинхронным машинам характерны:

• отсутствие электрической связи с ротором;
• вращение якоря под воздействием остаточного механизма статора;
• измененная электрическая нагрузка на статоре.

Такие агрегаты могут быть однофазными и трехфазными.

Принцип работы генератора постоянного тока

Простейший по конструкции генератор работает следующим образом:

• Рамка вращается вокруг оси, расположенная на корпусе обмотка регулярно проходит через «минус» и «плюс» полюсов.
• Каждый раз при достижении разнополюсных точек, происходит смена направления тока на противоположное.
• Выходной цепи благодаря полукольцу, расположенному на коллекторном узле, создается постоянный ток.
• С помощью щеток с положительного или отрицательного полюса снимается потенциал и по схеме передается потребителю.

Такая схема работает в простейшей конструкции, с одним плюсом и минусом, если положительных/отрицательных точек больше, ЭДС и ориентировочное количество электроэнергии рассчитываются по формуле.

К преимуществам генераторов постоянного тока относят:

• небольшой вес и компактность агрегата;
• возможность использовать в экстремальных условиях;
• отсутствие потерь, связанных с вихревыми токами.

Минус: на большую мощность при использовании устройств такого типа рассчитывать не стоит.

Принцип работы генератора переменного тока

Устройства такого типа преобразуют механику в электроэнергию, вращая проволочную катушку в магнитном поле. Ток вырабатывается, когда силовые линии пересекают обмотку. До тех пор, пока магнитное поле соприкасается с проводником, в нем индуцируется электроток.
Идентичный принцип действует и в случае, если рамка вращается относительно магнита, пересекая силовые линии.

Основные достоинства генераторов переменного тока

В электростанциях с синусоидальной подачей тока отсутствует реактивная мощность. То есть весь запас электроэнергии (с вычетом потерь на проводах) расходуется на нужды потребителя, а не на поддержание работоспособности устройства.

Плюсами использования генераторов переменного тока являются:

• большая выходная мощность при одинаковых габаритах устройств постоянного и переменного тока;
• выработка электроэнергии на низких скоростях вращения ротора;
• проще конструкция и схема, соответственно, меньше узлов, нуждающихся в техобслуживании и ремонте;
• конструкция токосъемного узла отличается большей надежностью;
• больше эксплуатационный ресурс и меньше эксплуатационные затраты.

Дополнительное преимущество: агрегаты с трехфазным питанием можно использовать для питания высоковольтных потребителей.

Где применяются генераторы постоянного и переменного тока

Оба вида генераторов популярны в бытовой и промышленной сфере. Станции постоянного тока нашли применение в сфере транспорта. Так, в трамваях, троллейбусах обычно установлены двигатели, работающие на постоянном токе. Низковольтные устройства незаменимы для питания систем освещения в местах, где нет доступа к централизованной подачи электроэнергии. Например, на борту самолетов. Если большая мощность — не основополагающая характеристика электростанции, то генераторы постоянного тока отлично справятся с питанием оборудования в учебных, медицинских учреждениях, лабораториях. Полноценные дизельные электростанции постоянного тока используются на аэродромах для зарядки и питания бортовых систем летной техники.

Электростанции переменного тока необходимы практически для всего остального. 99% того, что питается от централизованной сети — это устройства переменного тока. Соответственно, аварийное питание этих объектов так же должно осуществляться от соответствующего оборудования.

Мototech специализируется на продаже электростанций различного типа. Поможем выбрать оптимальный вариант электростанции мощностью от 5 до 6000 кВА и конечно же, это будут электростанции переменного тока. Мы обеспечим сопроводительные строительные и электромонтажные работы, грамотную пуско-наладку и обслуживание устройств. С клиентами работают сотрудники с энергетическим образованием, поэтому квалифицированную информацию, ответы на вопросы и правильные расчеты характеристик в соответствии с вашими потребностями гарантируем.

Главная » Статьи » Виды генераторов электрического тока

Генераторы представляют собой устройства, которые преобразуют механическую энергию в электрическую. Как правило, они производят электрический ток двух видов – постоянный и переменный.

Генераторы постоянного и переменного тока

Если рассматривать генератор постоянного тока, то в его состав его конструкции входит неподвижный статор с вращающимся ротором и дополнительной обмоткой. За счет движения ротора вырабатывается электрический ток. Генераторы постоянного тока в основном используются в металлургической промышленности, морских судах и общественном транспорте.

Генераторы переменного тока вырабатывают энергию за счет вращения ротора в магнитном поле. Путем вращения прямоугольного контура вокруг неподвижного магнитного поля, механическая энергия преобразуется в электрический ток. Данный вид генератора имеет преимущество в том, что ротор (основной движущий элемент) вращается быстрее, чем в генераторах переменного тока.

Синхронные и асинхронные генераторы

Генераторы, вырабатывающие переменный ток бывают синхронными и асинхронными. Они отличаются друг от друга своими возможностями. Мы не будем подробно рассматривать их принцип работы, а остановимся лишь на некоторых особенностях.

Синхронный генератор конструктивно сложнее асинхронного, вырабатывает более чистый ток и при этом легко переносит пусковые перегрузки. Синхронные агрегаты отлично используются для подключения техники, которая чувствительно реагирует на перепады напряжения (компьютеры, телевизоры и различные электронные устройства). Также, отлично справляются с питанием электродвигателей и электроинструментов.

Асинхронные генераторы, благодаря простоте конструкции достаточно стойки к короткому замыканию. По этой причине они используются для питания сварочной техники и электроинструментов. К данным агрегатам ни в коем случае нельзя подключать высокоточную технику.

Однофазные и трехфазные генераторы

Необходимо учитывать характеристику, связанную с типом вырабатываемого тока. Однофазные модели выдают 220 В, трехфазные — 380 В. Это очень важные технические параметры, которые необходимо знать каждому покупателю.

Однофазные модели считаются самыми распространенными, поскольку часто используются для бытовых нужд. Трехфазные позволяют напрямую снабжать электроэнергией крупные промышленные объекты, здания и целые поселки.

Перед покупкой генератора, необходимо владеть определенной технической информацией, понимать, чем они отличаются, поскольку это поможет Вам выбрать достойную модель, конкретно для ваших нужд, а также избавиться от лишних хлопот и сэкономить средства.

Компания «ООО «Кронвус-Юг»» реализует и изготавливает бензиновые, дизельные, и газовые электростанции, которые вы можете купить по выгодной цене.

Генерирование электрической энергии. Трансформаторы. – О’Пять пО физике!

Генератор – устройство превращающее энергию различного вида в электрическую. Генераторы вырабатывают электрический ток. Примеры генераторов: гальванические элементы, электростатические машины, солнечные батареи и др. В зависимости от характеристик применяются генераторы различных типов.

Например, с помощью электростатических машин можно создать очень высокое напряжение, но при этом сила тока будет очень невелика. А с помощью гальванических элементов можно создать приемлемую силу тока, но они могут работать лишь непродолжительное время.

• Постоянный или электромагнит. С помощью него создается магнитное поле.
• Обмотка. В ней индуцируется переменная ЭДС.

Амплитуда ЭДС наводится в каждом витке обмотки. Так как витки соединены последовательно значения ЭДС будут складываться. ЭДС в рамке будет пропорциональна числу витков в обмотке. Для получения большого значения магнитного потока в генераторах делают специальную систему из двух сердечников.

В пазах одного сердечника размещаются обмотки, которые создают магнитное поле, а в пазах другого, обмотки, в которых индуцируется ЭДС. Один из сердечников вращается, его называют ротором. Второй неподвижен и называется статором. Зазор между сердечниками стараются сделать как можно меньшим, чтобы увеличить поток вектора магнитной индукции.

На рисунке представлена модель простейшего генератора.

В генераторе, модель которого представлена на рисунке, магнитное поле создается постоянным магнитом, а проволочная рамка вращается внутри него. В принципе, можно оставить рамку неподвижной и вращать магнит. От этого ничего бы не изменилось.

В промышленных генераторах именно так и делается. Вращается электромагнит, а обмотки, в которых появляется ЭДС остаются неподвижными. Это связано с тем, что для того, чтобы подвести ток к ротору или снять с обмоток ротора, необходимо использовать скользящие контакты. Для этого используются щетки и контактные кольца. Сила тока, которая заставит вращаться ротор, много меньше, чем та, которую мы снимем с обмоток.

Поэтому удобнее подводить ток к ротору, а снимать ток со статора. В генераторах малой мощности, для создания магнитного поля используют вращающийся постоянный магнит, тогда подводить ток к ротору вообще необязательно. И использовать щетки и кольца не нужно.

При вращении ротора, в обмотках статора возникает ЭДС. Это происходит потому, что возникает вихревое электрическое поле. Современные генераторы это очень большие машины. Причем при таких размерах (несколько метров), некоторые важнейшие внутренние части изготавливаются с точность до миллиметра. 

Генераторы, которые стоят на электростанциях, вырабатывают очень мощное ЭДС. На практике такое напряжения редко когда бывает нужно. Поэтому такое напряжение необходимо преобразовывать.

Для преобразования напряжения используются устройства, называются трансформаторами. Трансформаторы могут как и повысить напряжение, так и понизить его. Существуют также стабилизирующие трансформаторы, которые не повышают и не понижают напряжение.

Рассмотрим устройство трансформатора на следующем рисунке.

Трансформатор состоит из двух катушек с проволочными обмотками. Эти катушки надевают на стальной сердечник. Сердечник не является монолитным, а собирается из тонких пластин.

Одна из обмоток называется первичной. К этой обмотке подсоединяют переменное напряжение, которое идет от генератора, и которое нужно преобразовать. Другая обмотка называется вторичной. К ней подсоединяют нагрузку. Нагрузка это все приборы и устройства, которые потребляют энергию.

На следующем рисунке представлено условное обозначение трансформатора.

картинка

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. Когда через первичную обмотку проходит переменный ток, в сердечнике возникает переменный магнитный поток. А так как сердечник общий, магнитный поток индуцирует ток и в другой катушке.

В первичной обмотке трансформатора имеется N₁ витков, её полная ЭДС индукции равняется e₁ = N₁e, где е – мгновенное значение ЭДС индукции во всех витках. е одинаково для всех витков обоих катушек.

Во вторичной обмотке имеется N₂ витков. В ней индуцируется ЭДС e₂ = N₂ e.

Следовательно: e₁/e₂ = N₁/ N₂.

Сопротивлением обмоток пренебрегаем. Следовательно, значения ЭДС индукции и напряжения будут приблизительно равны по модулю: |u₁|≈|e₁|.

При разомкнутой цепи вторичной обмотки в ней не идет ток, следовательно: |u₂|=|e₂|.

Мгновенные значения ЭДС e₁, e₂ колеблются в одной фазе. Их отношение можно заменить отношением значений действующих ЭДС: E₁ и E₂. А отношение мгновенных значений напряжения заменим действующими значениями напряжения. Получим:

E₁/E₂ ≈U₁/U₂ ≈N₁/ N₂ = K

К – коэффициент трансформации. При K>0 трансформатор повышает напряжение, при K<0 – трансформатор понижает напряжение. Если же к концам вторичной обмотки подключить нагрузку, то во второй цепи появится переменный ток, который вызовет появление в сердечнике еще одного магнитного потока.

Это магнитный поток будет уменьшать изменение магнитного потока сердечника. Для нагруженного трансформатора будет справедлива следующая формула: U₁/U₂≈ I₂/I₁.

То есть при повышении напряжения в несколько раз, мы во столько же раз уменьшим силу тока.

Как работают генераторы и динамо-машины

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 августа 2020 г.

Нефть может быть любимым топливом в мире, но ненадолго. Современные дома в основном работают от электричества. и скоро большинство из нас тоже станет водить электромобили. Электричество очень удобно. Вы можете производить его самыми 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 электрический 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 20-го века, сделанный в музее электростанции REA недалеко от Хэмптона, штат Айова.Любезно предоставлены фотографиями в Кэрол М. Хайсмит Архив, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Откуда берется электричество?

Лучший способ понять электричество – начать с того, что его собственное название: электрическая энергия. Если вы хотите запустить что-нибудь 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 вы не можете.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-либо 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 нагревать). Откуда бы ни пришла 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, 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 вокруг и вокруг и приводя в действие 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 позволить батарее питать двигатель, который толкает щетку, что, если бы вы сделали противоположный? 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 будет генерировать односторонний ток; когда он движется вниз, ток течет в обратном направлении.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 провод через невидимое магнитное поле, создаваемое магнитом, и через провод на короткое время протекает ток (регистрируемый на измерителе). Это фундаментальная наука, лежащая в основе электрогенератора, продемонстрированная в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. (прочитать краткая биография или длинная биография).Если вы переместите провод в противоположном направлении, вы создадите 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 способ, как провести провод мимо магнита, установив тот или иной из них на колесо. Затем, когда вы поворачиваете колесо, проволока и магнит перемещаются друг относительно друга, и возникает 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 течет 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. 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 создание 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 на противоположное каждый раз, когда катушка перемещается на пол-оборота, отменяя реверсирование тока. В генераторе переменного тока (внизу) нет коммутатора, поэтому выходная мощность просто поднимается, опускается и меняет направление вращения при вращении катушки. Вы можете увидеть выходной ток от каждого типа генератора на диаграмме справа.

Генераторы переменного тока

Что делать, если вы хотите генерировать переменный ток (AC) вместо постоянного тока? Тогда вам нужен 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 выход переменного тока. Так же, как есть Асинхронные двигатели переменного тока, в которых для создания вращающегося магнитного поля используются электромагниты, а не постоянные магниты, поэтому существуют генераторы переменного тока, которые работают за счет индукции аналогичным образом.

Генераторы в основном используются для выработки электроэнергии от двигателей транспортных средств. 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

Фотография: 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 немного крутить педали, чтобы фары загорелись – и это просто для производства крошечного количества электричества, необходимого для питания пара лампочек.Динамо-машина – 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 применяется сохранение энергии здесь тоже. Энергия, питающая генератор, поступает от турбина. Энергия, питающая турбину, поступает от топлива.А также топливо – уголь или нефть – изначально поступало с заводов, работающих на энергия Солнца. Суть проста: энергия всегда должна исходить от где-то.)

Сколько мощности 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:

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. А вдруг вы работаете на улице, в глуши, и нет источник электричества, который вы можете использовать для питания вашей бензопилы или вашего электрическая дрель?

Одна из возможностей – использовать аккумуляторные инструменты с перезаряжаемые батарейки. 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 маленький бензиновый двигатель (бензиновый двигатель), похожий на компактный двигатель мотоцикла, с прилагается электрогенератор. Когда двигатель пыхтит, дожигая бензин, он толкает поршень взад и 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 виде 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 из 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.

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Бездыханный: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

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

Видео

• Демонстрация электрического генератора ?: Превосходное короткое видео доктора Джонатана Хэра 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 (эмалированный 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

статей

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 …

Как работает генератор?

Обновлено 27 ноября 2018 г.

Автор: Кевин Бек

Создать что-то – значит создать это из других ингредиентов. Вы можете создать небольшой рассказ, используя отрывки из представлений об окружающем мире; люди создают планы своей жизни на основе информации, которую они собирают из различных источников.

Генератор, говоря обыденным языком, – это объект, способный производить энергию, обычно электричество, для нужд человека. Поскольку энергия и энергия, к сожалению, не могут быть созданы из ничего, сами генераторы должны питаться от какого-либо внешнего источника, энергия которого затем преобразуется в полезную электроэнергию. Если вы когда-либо проводили время в кемпинге в хижине, принадлежащей хорошо подготовленным людям, возможно, вы знакомы с концепцией газового генератора. Сегодня существует множество типов генераторов, но все они основаны на одних и тех же фундаментальных принципах работы физических генераторов.

Производство электричества

В 1831 году физик Майкл Фарадей обнаружил, что когда магнит перемещается внутри катушки с проволокой, электроны «текут» внутри проволоки, и это движение называется электрическим током. Генератор – это любая машина, которая преобразует энергию в электрический ток, но независимо от источника этой энергии – будь то уголь, гидроэнергия или энергия ветра – основной причиной генерации электрического тока является движение в магнитном поле.

Скорее всего, вы видели магниты в действии каким-то образом – возможно, небольшие прямоугольные магниты, используемые в домашних и офисных помещениях для прикрепления предметов к холодильникам.Особый вид цилиндрического магнита, называемый электромагнитом, размещается вокруг ряда изолированных катушек проводящего провода (например, медной проволоки), намотанных вокруг центрального вала. Таким образом, каждая из этих многочисленных катушек подобна кольцу, окружающему вал и ориентированному под прямым углом к ​​оси вала, во многом как отношение шин к оси, которая их удерживает. Когда вал, соединенный с проводами, вращается, генерируется ток, потому что цилиндрический электромагнит вне проводов не вращается вместе с ними, тем самым устанавливая относительное движение между магнитным полем и зарядами внутри проводящего провода.

То же самое произошло бы, если бы источник магнитного поля двигался вблизи неподвижного провода или проводов. Неважно, что движется, магнит или проволока (или и то, и другое), если между ними существует относительное постоянное движение.

Электрогенератор: почему?

Почему постоянное производство электроэнергии всегда вызывает беспокойство? Почему вы знаете, что ваша жизнь будет прервана и, вероятно, нарушена, если «электричество отключится» более чем на день или около того? Простой ответ заключается в том, что, хотя люди могут хранить огромное количество ископаемого топлива, такого как природный газ и нефть, для использования в чрезвычайных ситуациях, нет хорошего способа хранить большое количество электроэнергии.У вас, скорее всего, есть лучшая попытка человечества хранить электричество в пределах досягаемости, а именно аккумулятор. Но хотя батареи, как и все остальное в мире технологий, со временем стали более мощными и долговечными, они чрезвычайно ограничены с точки зрения их емкости для поддержания такого огромного выходного напряжения, которое требуется для питания целых городов и современной экономики.

В связи с отсутствием надежного способа хранения электроэнергии в современном мире всегда должны быть способы ее производства из сырья.Вот почему большинство предприятий, в зависимости от их характера, имеют резервные генераторы на случай прерывания электроснабжения в окружающем городе. В то время как потеря электричества в магазине бейсбольных карточек на час не может быть катастрофой, подумайте о последствиях в отделении интенсивной терапии больницы, в котором электрические машины буквально поддерживают жизнь людей, дыша для них и выполняя другие жизненно важные функции.

The Physics of Electricity

Представьте два больших кубических магнита, расположенных на расстоянии метра друг от друга, один из которых южным полюсом обращен к северному полюсу другого, создавая тем самым сильное аддитивное магнитное поле между ними.Это поле указывает на северный полюс, и, если концы магнитов идеально вертикальны по отношению к полу, направление магнитного поля параллельно полу, как стопка невидимых ковров. Если проводящий провод, стоящий прямо вверх, перемещается через пространство между магнитами и остается ровно на 0,5 метра от каждого из них, движение провода перпендикулярно магнитному полю, и вдоль провода генерируется ток. Таким образом, магнитное поле, движение провода и направление тока (и провода) взаимно перпендикулярны.

Важным выводом из этого является то, что это расположение магнит-провод идеально настроено для выработки стабильной подачи электричества, пока центральный вал продолжает вращаться, перемещая провода, намотанные внутри цилиндрического магнита, таким образом, чтобы гарантировать постоянный ток через провода к внешнему устройству, дому или всей электросети. Уловка здесь, конечно же, заключается в том, чтобы дать валу мощность для вращения. Инженеры создали множество различных типов генераторов, использующих разные источники энергии.

Типы генераторов

Электрические генераторы можно разделить на тепловые генераторы, которые используют тепло для выработки электроэнергии, и кинетические генераторы, которые используют энергию движения для производства электроэнергии. (Обратите внимание, что тепло, работа и энергия имеют одни и те же единицы измерения – обычно джоули или кратные им единицы, но иногда калории, эрг или британские тепловые единицы [БТЕ]. Мощность – это энергия в единицу времени и обычно выражается в ваттах или лошадиных силах.)

Тепловые генераторы: Генераторы на ископаемом топливе являются отраслевым стандартом и работают на угле, нефти (нефти) или природном газе.Этих видов топлива много, но они ограничены, и они создают множество проблем для окружающей среды и здоровья, которые побудили человечество придумать альтернативы. Когенерация включает в себя отвод отработанного пара от таких установок клиентам, которые используют пар для своих собственных небольших генераторов. Ядерная энергия – это использование энергии, выделяющейся во время ядерного деления, «чистый», но неоднозначный процесс. Природный газ Генераторы вырабатывают электроэнергию без производства пара и могут сочетаться с производством пара. Биомасса растений, в которых нетрадиционные предметы используются в качестве топлива (например, древесина или растительный материал), получили распространение в начале 21 века.

Кинетические генераторы: Двумя основными типами кинетических генераторов электроэнергии являются гидроэлектростанции и ветряные электростанции (или ветряные турбины). Гидроэлектростанции полагаются на поток воды для вращения валов внутри генераторов. Поскольку немногие реки текут в течение года с какой-либо стабильной скоростью, большинство из этих сооружений включает искусственные озера, созданные плотинами (например, озеро Мид в южной Неваде и северной Аризоне, образованное плотиной Гувера), так что поток через турбины может быть искусственно манипулируют в соответствии с потребностями местности. Энергия ветра имеет то преимущество, что не наносит ущерба местным землям и дикой природе, как это делают искусственные озера, но воздух гораздо менее эффективен, чем вода, для выработки энергии, и он также несет в себе проблему различных уровней и скоростей ветра. В то время как «ветряные фермы» могут включать в себя несколько турбин, соединенных вместе для создания определенного уровня мощности, энергия ветра, достаточная для обеспечения электричеством значительных населенных пунктов, еще не была возможна по состоянию на 2018 год.

Электрогенератор

Электродвигатель – устройство для преобразования электрической энергии в механическую; электрический генератор делает обратное, используя механическую энергию для выработки электричества.В основе двигателей и генераторов лежит катушка с проводом в магнитном поле. Фактически, одно и то же устройство можно использовать как двигатель или генератор.

Когда устройство используется в качестве двигателя, через катушку пропускается ток. Взаимодействие магнитного поля с током заставляет катушку вращаться. Чтобы использовать устройство в качестве генератора, катушка вращается, вызывая в катушке ток.

Магнитное поле при моделировании находится на экране. Когда площадь контура уменьшается, в каком направлении индуцируется ток в контуре?

1. По часовой стрелке
2. против часовой стрелки

Индуцированный ток идет по часовой стрелке, когда область, которую мы видим, уменьшается, и против часовой стрелки, когда область увеличивается.

В какой момент величина тока максимальна?

1. Когда плоскость петли перпендикулярна полю (максимальная площадь)
2. Когда плоскость петли параллельна полю (нулевая зона)
3. Поскольку петля вращается с постоянной скоростью, величина тока постоянна.

График зависимости потока от времени имеет наибольший наклон по величине, когда плоскость контура параллельна полю, так что тогда наведенная ЭДС и наведенный ток имеют максимальную величину.

Допустим, мы вращаем катушку из N витков и площади A с постоянной скоростью в однородном магнитном поле B. По закону Фарадея наведенная ЭДС определяется выражением:

B и A являются константами, и если угловая скорость ω контура постоянна, угол равен:
θ = ωt

Тогда наведенная ЭДС равна:

Вращение петли в магнитном поле с постоянной скоростью – простой способ генерировать синусоидально колеблющееся напряжение… Другими словами, для выработки электроэнергии переменного тока. Амплитуда напряжения составляет:
ε _o = ωNBA

В Северной Америке частота переменного тока от настенной розетки составляет 60 Гц. Следовательно, угловая частота катушек или магнитов, на которых вырабатывается электричество, составляет 60 Гц.

Для выработки электроэнергии постоянного тока используйте тот же тип коммутатора с разъемным кольцом, который используется в двигателе постоянного тока, чтобы полярность напряжения всегда была одинаковой. В очень простом генераторе постоянного тока с одним вращающимся контуром уровень напряжения будет постоянно колебаться.Напряжение от многих контуров (не синхронизированных друг с другом) обычно складывается, чтобы получить относительно стабильное напряжение.

Вместо того, чтобы использовать вращающуюся катушку в постоянном магнитном поле, другой способ использования электромагнитной индукции состоит в том, чтобы удерживать катушку в неподвижном состоянии и вращать постоянные магниты (обеспечивающие магнитное поле и поток) вокруг катушки. Хорошим примером этого является способ производства электроэнергии, например, на гидроэлектростанции. Энергия падающей воды используется для вращения постоянных магнитов вокруг фиксированного контура, производящего мощность переменного тока.

Дизель-генераторы | Энергия и окружающая среда США (USP & E)

Предпосылки и история электрических генераторов

Электрический генератор – это устройство, которое перемещает электрическую энергию от механического источника энергии с помощью электромагнитной индукции.Этот процесс известен как производство электроэнергии и аналогичен водяному насосу. Источником механической энергии может быть поршневой или турбинный паровой двигатель, вода, падающая через турбину или водяное колесо, двигатель внутреннего сгорания, ветряную турбину или любой другой источник механической энергии.

Исторические события

До открытия связи между магнетизмом и электричеством генераторы использовали электростатические принципы.В машине Вимшерста использовалась электростатическая индукция или «влияние». Генератор Ван де Граафа использует один из двух механизмов:

• Заряд, передаваемый от высоковольтного электрода
• Заряд, создаваемый трибоэлектрическим эффектом с использованием разделения двух изоляторов (ремень, выходящий из нижнего шкива)

Электростатические генераторы неэффективны и полезны только для научных экспериментов, требующих высокого напряжения.

Фарадей

В 1831-1832 годах Майкл Фарадей обнаружил, что между концами электрического проводника, движущегося перпендикулярно магнитному полю, возникает разность потенциалов. 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 и большой ток.

Динамо

Динамо-машина была первым электрическим генератором, способным обеспечивать электроэнергию для промышленности, и до сих пор остается самым важным генератором, используемым в 21 веке. В динамо-машине используются электромагнитные принципы для преобразования механического вращения в переменный электрический ток.Это наиболее распространенный способ выработки электроэнергии для освещения велосипеда.

Первая динамо-машина, основанная на принципах Фарадея, была построена в 1832 году французским мастером инструментов Ипполитом Пикси. В нем использовался постоянный магнит, который вращался кривошипом. Вращающийся магнит располагался так, чтобы его северный и южный полюсы проходили через кусок железа, обернутый проволокой. Пикси обнаружил, что вращающийся магнит генерирует импульс тока в проводе каждый раз, когда полюс проходит через катушку.Кроме того, северный и южный полюса магнита индуцировали токи в противоположных направлениях. Добавив коммутатор, Pixii смогла преобразовать переменный ток в постоянный.

Динамо Джедлика

В 1827 году Анос Джедлик 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. Он сформулировал концепцию динамо-машины как минимум за 6 лет до Сименса и Уитстона. По сути, концепция состоит в том, что вместо постоянных магнитов два противоположных друг другу электромагнита создают магнитное поле вокруг ротора.

Динамо-машина Gramme

Обе эти конструкции страдали схожей проблемой: они вызывали «всплески» тока, а затем их отсутствие.Итальянский ученый Антонио Пачинотти исправил это, заменив вращающуюся катушку на тороидальную, которую он создал, намотав железное кольцо. Это означало, что какая-то часть катушки постоянно проходила мимо магнитов, сглаживая ток. Зеноб Грамм заново изобрел эту конструкцию несколько лет спустя при проектировании первых коммерческих электростанций, которые работали в Париже в 1870-х годах. Его конструкция теперь известна как динамо-машина Gramme. С тех пор были внесены различные версии и усовершенствования, но основная концепция вращающейся бесконечной проволочной петли остается в основе всех современных динамо-машин.

Concepts

Генератор перемещает электрический ток, но не создает электрический заряд, который уже присутствует в проводящем проводе его обмоток. Это в чем-то аналогично водяному насосу, который создает поток воды, но не создает саму воду.

Существуют и другие типы электрических генераторов, основанные на других электрических явлениях, таких как пьезоэлектричество и магнитогидродинамика. Конструкция динамо-машины аналогична конструкции электродвигателя, и все распространенные типы динамо-машин могут работать как двигатели.

Заблуждение

Электрические токи в медных проводах – это поток электронов, но эти электроны не создаются, они уже существуют заранее.Генераторы их не «генерируют». Вместо этого электроны исходят из провода. В медной проволоке атомы меди поставляют протекающие электроны. Электроны в цепи уже были там до того, как был подключен генератор. Они были там даже до того, как медь была добыта и превращена в провода! Генераторы не создают эти электроны, они просто перекачивают их, и электроны действуют как уже существующая жидкость, которая всегда находится внутри всех проводов. Чтобы понять электрические схемы, мы должны представить, что все провода предварительно заполнены своего рода «жидким электричеством».”

Использование генератора с ручным заводом в качестве источника питания. Спросите себя, откуда именно исходит текущее« электричество », когда генератор питает лампочку. Генератор с ручным заводом содержит катушку и несколько магнитов. электроны поступают с одной клеммы и одновременно выплевывают их на другую клемму.В то же время генератор проталкивает электроны через вращающуюся катушку провода внутри себя.Он также проталкивает их через остальную цепь. Так откуда же взялись эти электроны? В отличие от схемы с батарейным питанием, здесь все, что у нас есть, – это провода. Внутри генератора просто больше проводов. Где источник этого перетекающего «электричества»?

Когда мы включаем генератор в схему, мы обнаруживаем, что схема представляет собой непрерывный замкнутый контур, и мы не можем найти ни одного места, где возникает «электричество».Генератор похож на насос с обратной связью, но он не подает перекачиваемое вещество. Батарейки тоже такие. Жидкость между пластинами аккумулятора – это электролит, а электролиты – проводники. Некоторые батареи содержат кислоту, другие – щелочные батареи, а в третьих используется проводящая соленая вода. Текущие заряды проходят через батарею, и заряды внутри нее не накапливаются.

Но разве нас всех в начальной школе не учили, что «генераторы создают электрическую энергию»? Эта фраза образует серьезный концептуальный камень преткновения (по крайней мере, для меня!). Чтобы исправить это, избавьтесь от фальшивой идеи под названием «Текущее электричество».Вместо этого измените формулировку следующим образом:

«Генераторы вызывают протекание электрического заряда».

Для полноты картины добавим следующее: все проводники заполнены подвижным зарядом. Вот что такое проводник, это материал, содержащий подвижный заряд.

Генератор подобен вашему сердцу: он перемещает кровь, но не создает кровь.Когда генератор останавливается или когда металлическая цепь размыкается, все электроны останавливаются на месте, а провода остаются наполненными электрическими зарядами. Но это неудивительно, потому что провода изначально были полны огромного количества заряда.

Эквивалентная схема

Эквивалентная схема генератора и нагрузки показана на схеме справа.Чтобы определить параметры генератора V _G и R _G , выполните следующую процедуру: –

• Перед запуском генератора измерьте сопротивление на его выводах с помощью омметра. Это его внутреннее сопротивление постоянному току R _GDC .
• Запустите генератор. Перед подключением нагрузки R _L измерьте напряжение на выводах генератора. Это напряжение холостого хода V _G .
• Подключите нагрузку, как показано на схеме, и измерьте напряжение на ней при работающем генераторе.Это напряжение под нагрузкой V _L .
• Измерьте сопротивление нагрузки R _L , если вы этого еще не знаете.
• Рассчитайте внутреннее сопротивление генератора переменному току R _GAC по следующей формуле:

Примечание 1. Внутреннее сопротивление генератора переменному току при работе обычно немного выше, чем его сопротивление постоянному току на холостом ходу.Вышеупомянутая процедура позволяет измерить оба значения. Для грубых расчетов вы можете опустить измерение R _GAC и предположить, что R _GAC и R _GDC равны.

Примечание 2: Если генератор переменного тока (явно не динамо-машина), используйте вольтметр переменного тока для измерения напряжения.

Максимальная мощность

Теорема о максимальной мощности применима к генераторам, как и к любому источнику электроэнергии. Эта теорема утверждает, что максимальная мощность может быть получена от генератора, если сопротивление нагрузки равно сопротивлению генератора.Однако в этом случае эффективность передачи энергии составляет всего 50%, что означает, что половина генерируемой энергии тратится впустую в виде тепла внутри генератора. По этой причине практические генераторы обычно не предназначены для работы с максимальной выходной мощностью, а с меньшей выходной мощностью, когда эффективность выше.

Маломощный

Ранние автомобили, как правило, использовали генераторы постоянного тока с регуляторами.Они не были особенно надежными или эффективными и теперь были заменены генераторами переменного тока со встроенными выпрямительными цепями. Они питают электрические системы автомобиля и заряжают аккумулятор после запуска. Номинальная мощность обычно находится в диапазоне 50–100 А при напряжении 12 В, в зависимости от прогнозируемой электрической нагрузки в автомобиле – некоторые автомобили теперь оснащены усилителем рулевого управления с электрическим приводом и кондиционером, что создает высокую нагрузку на электрическую систему.Коммерческие автомобили с большей вероятностью будут использовать 24 В для обеспечения мощности стартера, достаточной для включения большого дизельного двигателя без необходимости использования неоправданно толстых кабелей. В автомобильных генераторах обычно не используются постоянные магниты; они могут достигать КПД до 90% в широком диапазоне скоростей за счет управления напряжением возбуждения. В генераторах для мотоциклов часто используются статоры с постоянными магнитами, изготовленные из редкоземельных магнитов, поскольку их можно сделать меньше и легче, чем другие типы.

Некоторые из самых маленьких обычно используемых генераторов используются для питания велосипедных фонарей. Это, как правило, генераторы с постоянными магнитами на 0,5 А, вырабатывающие 3-6 Вт при 6 или 12 В. При питании от водителя эффективность повышается, поэтому они могут включать в себя редкоземельные магниты и быть спроектированы и изготовлены с отличными характеристиками. точность. Тем не менее, максимальный КПД лучших генераторов составляет всего около 60% – чаще всего 40% – из-за использования постоянных магнитов.Для использования управляемого электромагнитного поля потребуется батарея, а это недопустимо из-за ее веса и габаритов.

Самолеты также перешли с генераторов постоянного тока на генераторы; они обычно приводятся в действие от двигателя.

Парусные яхты могут использовать водяной или ветровой генератор для подзарядки аккумуляторов.Небольшой гребной винт, ветряная турбина или крыльчатка подключены к маломощному генератору переменного тока и выпрямителю для обеспечения токов до 12 А на типичных крейсерских скоростях.

Двигатель-генератор

Двигатель-генератор радиостанции (Дюбендорфский музей военной авиации). Генератор работал только при передаче радиосигнала (приемник мог работать от батареи)

Электрогенератор радиостанции с ручным приводом (Музей военной авиации Дюбендорфа)

Двигатель-генератор представляет собой комбинацию электрического генератор и двигатель, установленные вместе, образуют единое оборудование.Эта комбинация также называется генераторной установкой двигатель-генератор. Во многих контекстах двигатель считается само собой разумеющимся, и комбинированный агрегат просто называют генератором. или

В дополнение к двигателю и генератору двигатели-генераторы обычно включают топливный бак, регулятор скорости двигателя и регулятор напряжения генератора.Многие агрегаты оснащены аккумулятором и электростартером. Резервные энергоблоки часто включают в себя систему автоматического пуска и передаточный переключатель для отключения нагрузки от источника электроснабжения и подключения ее к генератору.

Двигатели-генераторы вырабатывают энергию переменного тока, которая используется вместо энергии, которую в противном случае можно было бы купить на электростанции.Номинальные значения напряжения (вольт), частоты (Гц) и мощности (ватты) генератора выбираются в соответствии с подключаемой нагрузкой. Доступны как однофазные, так и трехфазные модели. В США доступно всего несколько моделей портативных трехфазных генераторов. Большинство доступных портативных устройств питаются только однофазным питанием, а большинство производимых трехфазных генераторов являются крупными генераторами промышленного типа.

Двигатели-генераторы доступны в широком диапазоне мощностей.К ним относятся небольшие портативные устройства, которые могут обеспечивать мощность в несколько сотен ватт, устройства, устанавливаемые на тележке, как показано выше, которые могут обеспечивать мощность в несколько тысяч ватт, а также стационарные или монтируемые на прицепе устройства, которые могут обеспечивать мощность более миллиона ватт. Меньшие агрегаты, как правило, используют бензин (бензин) в качестве топлива, а большие имеют различные типы топлива, включая дизельное топливо, природный газ и пропан (жидкость или газ).

При использовании двигателей-генераторов необходимо учитывать качество излучаемой им электрической волны.Это особенно важно при работе с чувствительным электронным оборудованием. Стабилизатор мощности может улавливать прямоугольные волны, генерируемые многими двигателями-генераторами, и сглаживать их, пропуская их через батарею в середине цепи. Использование инвертора вместо генератора также может создавать чистые синусоидальные волны. Доступно несколько бесшумных инверторов, которые вырабатывают чистую мощность синусоидальных волн, подходящую для использования с компьютерами и другой чувствительной электроникой, однако некоторые недорогие инверторы не генерируют чистые синусоидальные волны и могут повредить определенное электронное зарядное оборудование.

Двигатели-генераторы часто используются для подачи электроэнергии в местах, где электроснабжение отсутствует, и в ситуациях, когда энергия требуется только временно. Небольшие генераторы иногда используются для питания электроинструментов на строительных площадках. Установленные на прицепе генераторы обеспечивают питание для освещения, аттракционов и т. Д. Во время путешествующих карнавалов.

Резервные генераторы электроэнергии устанавливаются стационарно и поддерживаются в готовности для подачи питания на критические нагрузки во время временных перебоев в электроснабжении от электросети.Больницы, объекты связи, канализационные насосные станции и многие другие важные объекты оснащены резервными генераторами энергии.

Малые и средние генераторы особенно популярны в странах третьего мира в качестве дополнения к электросети, которая часто бывает ненадежной. Установленные на прицепе генераторы можно отбуксировать в районы бедствия, где электроснабжение временно отключено.

Генератор также может приводиться в движение силой мускулов человека (например, в оборудовании полевой радиостанции).

Стационарный двигатель-генератор среднего размера

Стационарные генераторы, используемые в США, используются мощностью до 2800 кВт. Эти дизельные двигатели работают в Великобритании на красном дизельном топливе и вращаются со скоростью 1500 об / мин. Это дает мощность с частотой 50 Гц, которая используется в Великобритании. В регионах, где частота сети составляет 60 Гц (США), генераторы вращаются со скоростью 1800 об / мин или другой, кратной 60.В.

Данные можно ввести в любое из полей. Когда вы закончили ввод данных, щелкните количество, которое вы хотите рассчитать, в активной формуле выше. Количества не будут согласованы, пока вы не нажмете на выбор. Для неопределенных параметров будут введены значения по умолчанию, но все значения могут быть изменены.

После того, как вы рассчитали генерируемое напряжение, разумным последующим вопросом будет «Какой ток и мощность я могу получить от генератора?».Несмотря на то, что это не будет практичной геометрией генератора, она может служить идеализация для обсуждения принципов генерации напряжения при взаимодействии с магнитным полем. Принимая это простая геометрия, электрический ток в амперах, возникающий при перемещении провода через магнитное поле будет определяться сопротивлением цепи, к которой он подключен. связаны, используя закон Ома, I = V / R. Если вы сгенерировали 10 вольт и были подключены к цепи сопротивление 1 Ом, результирующий ток будет 10 ампер, а передаваемая мощность P = VI = 10 вольт x 10 амперы = 100 Вт (см. соотношение мощности).Но бесплатного обеда не существует, и вам придется приложить больше усилий, чтобы двигаться. провод через магнитное поле с такой скоростью – вы, по сути, торгуете механической энергией толкания для выработки электроэнергии, всегда ограничиваясь принципом сохранения энергии. Вам придется приложите (по крайней мере) 100 Вт механической мощности толкания, чтобы получить 100 Вт электроэнергии. Практические генераторы почти всегда используют геометрию вращающейся катушки, а крупномасштабные генераторы энергии используют что-то вроде паровой турбины или водяной турбины, чтобы повернуть катушку провода в спираль. магнитное поле, получающее напряжение, генерируемое с обеих сторон вращающейся катушки.

Если указанный выше генератор был подключен к цепи с сопротивлением R = Ом,

электрический ток будет I = V / R = амперы для скорости, перпендикулярной B.

Мощность, подаваемая в схему, будет P = VI = Вт.

В идеальном случае, когда не было потерь, механическая мощность P = Fv, необходимая для проталкивания провода через магнитное поле, была бы равна электрической мощности. Для указанной выше скорости требуемая сила равна

Идеальная минимальная необходимая сила:

F = P / v = ньютоны = фунты.

| Encyclopedia.com

Принцип работы

Генераторы переменного тока

Коммерческие генераторы

Генераторы постоянного тока

Ресурсы

Генератор – это машина, с помощью которой механическая энергия преобразуется в электрическую. Генераторы можно разделить на две основные категории в зависимости от того, является ли производимый ими электрический ток переменным (AC) или постоянным (DC) током.Оба типа генераторов работают по одному и тому же основному принципу, хотя детали их конструкции различаются. Генераторы также можно классифицировать по источнику механической энергии (или первичному двигателю), которым они приводятся в действие, например, по мощности воды или пара.

Научный принцип, на котором работают генераторы, был открыт почти одновременно примерно в 1831 году английским химиком и физиком Майклом Фарадеем (1791–1867) и американским физиком Джозефом Генри (1797–1878).Представьте, что катушка с проволокой помещена в магнитное поле, а концы катушки присоединены к некоторому электрическому устройству, например, измерителю тока. Если катушка вращается в магнитном поле, измеритель тока показывает, что в катушке наведен ток. Величина индуцированного тока зависит от трех факторов: силы магнитного поля, длины катушки и скорости, с которой катушка движется в поле.

На самом деле, не имеет значения, вращается ли катушка в магнитном поле или магнитное поле заставляет вращаться вокруг катушки.Важным фактором является то, что провод и магнитное поле движутся по отношению друг к другу. Как правило, большинство генераторов постоянного тока имеют стационарное магнитное поле и вращающуюся катушку, в то время как большинство генераторов переменного тока имеют стационарную катушку и вращающееся магнитное поле.

В электрическом генераторе вышеупомянутый измеритель тока должен быть заменен каким-либо электрическим устройством. Например, в автомобиле электрический ток от генератора используется для управления фарами, автомобильным радиоприемником и другими электрическими системами в автомобиле

.Концы катушки прикрепляются не к гальванометру, а к контактным кольцам или собирающим кольцам. Каждое контактное кольцо, в свою очередь, прикреплено к щетке, через которую электрический ток передается от контактного кольца во внешнюю цепь.

Когда металлическая катушка проходит через магнитное поле в генераторе, вырабатываемая электрическая мощность постоянно изменяется. Сначала генерируемый электрический ток движется в одном направлении (слева направо). Затем, когда катушка достигает положения, параллельного магнитным силовым линиям, ток вообще не возникает.Позже, когда катушка продолжает вращаться, она прорезает магнитные силовые линии в противоположном направлении, и генерируемый электрический ток распространяется в противоположном направлении (справа налево).

Таким образом, вращающаяся катушка в фиксированном магнитном поле описанного здесь типа будет производить переменный ток, который течет в одном направлении в течение некоторого момента времени, а затем в противоположном направлении в следующий момент времени. Скорость, с которой ток переключается вперед и назад, называется его частотой.Например, ток, используемый для большинства бытовых устройств, составляет 60 герц (60 циклов в секунду).

КПД генератора можно повысить, заменив описанную выше проволочную катушку якорем. Якорь состоит из цилиндрического железного сердечника, вокруг которого намотан длинный кусок проволоки. Чем длиннее кусок провода, тем больший электрический ток может генерировать якорь.

Одним из наиболее важных практических применений генераторов является производство большого количества электроэнергии для промышленного и бытового использования.Двумя наиболее распространенными первичными двигателями, используемыми в генераторах переменного тока, являются вода и пар. Оба этих первичных двигателя могут приводить в движение генераторы на очень высоких скоростях вращения, при которых они работают наиболее эффективно, обычно не менее 1500 оборотов в минуту.

Гидроэлектроэнергия (энергия, обеспечиваемая проточной водой, как в больших реках) является особенно привлекательным источником энергии, поскольку ее производство ничего не стоит. Однако у него есть недостаток, заключающийся в том, что необходимо строить довольно прочные надстройки, чтобы использовать механическую энергию движущейся воды и использовать ее для приведения в действие генератора.

Промежуточным устройством, необходимым для выработки гидроэлектроэнергии, является турбина. Турбина состоит из большого центрального вала, на котором установлен ряд лопаток в форме вентилятора. Когда движущаяся вода ударяется о лопасти, она

КЛЮЧЕВЫЕ УСЛОВИЯ

Переменный ток —Электрический ток, который течет сначала в одном направлении, затем в другом; сокращенно AC.

Якорь – Часть генератора, состоящая из железного сердечника, вокруг которого намотана проволока.

Коммутатор — Разъемное кольцо, которое служит для изменения направления электрического тока в генераторе.

Постоянный ток (DC) —Электрический ток, который всегда течет в одном и том же направлении.

Первичный двигатель —Источник энергии, приводящий в действие генератор.

Контактное кольцо — Устройство в генераторе, которое обеспечивает соединение между якорем и внешней цепью.

заставляет центральный вал вращаться.Если центральный вал затем присоединяется к очень большому магниту, он заставляет магнит вращаться вокруг центрального якоря, генерируя электричество, которое затем может передаваться для промышленных и жилых помещений.

Электрогенерирующие установки также обычно работают на пару. На таких установках сжигание угля, нефти или природного газа или энергия, полученная из ядерного реактора, используется для кипячения воды. Произведенный таким образом пар затем используется для привода турбины, которая, в свою очередь, приводит в движение генератор.

Генератор переменного тока может быть модифицирован для производства электроэнергии постоянного тока (DC). Для замены требуется коммутатор. Коммутатор – это просто контактное кольцо, разрезанное пополам, причем обе половины изолированы друг от друга. Щетки, прикрепленные к каждой половине коммутатора, расположены так, что в момент изменения направления тока в катушке они скользят от одной половины коммутатора к другой. Следовательно, ток, который течет во внешнюю цепь, всегда течет в одном и том же направлении.

См. Также Электромагнитное поле; Электрический ток; Электроснабжение; Эффект Фарадея.

КНИГИ

Маколей, Дэвид и Нил Ардли. Как все устроено . Бостон: Компания Houghton Mifflin, 2004.

Гросс, Чарльз А. Электрические машины. Нью-Йорк: CRC, 2006.

Дэвид Э. Ньютон

Основная информация о генераторе – Power Products

Этот глоссарий терминов относится к электричеству и производителям энергии.

Q1: Как вырабатывается электроэнергия?

A: Энергетическое тело вращается двигателем для выработки электроэнергии

Это мало чем отличается от эксперимента в научном классе, где электричество генерировалось с помощью катушки и магнита. Фактически, при перемещении магнита рядом с катушкой генерируется электричество из-за явления, называемого «электромагнитной индукцией». В основном этот процесс происходит и в случае с генератором. На основе этого принципа при использовании двигателя для вращения компонента, называемого энергогенерирующим телом, вырабатывается переменный ток.

Q2: В чем разница между «постоянным током» и «переменным током»?

A: Поток электричества отличается

Существует два вида электрического тока: постоянный и переменный. В случае постоянного тока напряжение обычно постоянно, но переменный ток характеризуется изменением напряжения во времени. Постоянный ток хранится и может использоваться в сухих элементах и ​​батареях, тогда как переменный ток может быть преобразован и предлагает отличную универсальность для использования в электропитании бытовой техники.

Q3: Что означают «напряжение (В, вольт)», «ток (А, ампер)» и «мощность (Вт, ватт)?»

A: Важные элементы, составляющие электричество

Электричество часто сравнивают с потоком воды. Представьте себе текущую реку. Чем больше разница между высотами реки вверх и вниз по течению, тем больше импульс воды; и чем шире река, тем больше воды впадает в бассейн.В этом отношении «напряжение» (В, вольт) соответствует разнице в высоте, а «ток» (А, амперы) соответствует ширине реки. Поскольку «мощность» (Вт, ватты) – это скорость работы в единицу времени, ее можно представить как количество воды, которое переместилось от верхнего к нижнему потоку за заданное время. Эту мощность можно определить, умножив напряжение и ток.

Q4: В чем разница между W (ватт) и VA («V – A»)?

A: разница между потребляемой мощностью и выходной мощностью

Вт (Вт): мощность, потребляемая используемым оборудованием (потребляемая мощность)
ВА («В – А»): выходная электрическая мощность от генератора (выработка электроэнергии)

Q5: Что произойдет с электрооборудованием, если будет выбран неподходящий генератор?

A: использование становится невозможным

Если потребляемая мощность превышает номинальную выходную мощность генератора, подача питания автоматически прекращается из-за перегрузки.Поэтому использование электрооборудования становится невозможным.

Глоссарий, который может понадобиться знать

Инвертор

Аппарат для преобразования постоянного тока в переменный.