סוגי גנרטורים חשמליים ועקרונות עבודתם

גנרטור חשמלי הוא מכונה או מתקן שנועד להמיר אנרגיה לא חשמלית לאנרגיה חשמלית: אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית, אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית, אנרגיה תרמית לאנרגיה חשמלית וכו '. כיום, בעצם, כאשר אנו משתמשים במילה "גנרטור", אנו מתכוונים לממיר מכני אנרגיה לאנרגיה חשמלית.

זה יכול להיות גנרטור נייד או דיזל או בנזין, גנרטור תחנת כוח גרעינית, גנרטור מכוניות, גנרטור תוצרת בית ממנוע חשמלי אסינכרוני, או גנרטור במהירות נמוכה לטורבינת רוח בעלת הספק נמוך. בסוף המאמר, נתייחס כדוגמא לשני הגנרטורים הנפוצים ביותר, אך ראשית, בואו נדבר על עקרונות עבודתם.

כך או אחרת, מנקודת מבט פיזית, עיקרון הפעולה של כל אחד מהגנרטורים המכניים הוא זהה: תופעת אינדוקציה אלקטרומגנטיתכאשר, כאשר הקווים חוצים את השדה המגנטי של המוליך, EMF אינדוקציה מתרחשת במוליך זה. מקורות הכוח המובילים לתנועה הדדית של המוליך והשדה המגנטי יכולים להיות תהליכים שונים, אולם כתוצאה מכך, תמיד יש להשיג את ה- emk והזרם מהגנרטור כדי להניע את העומס.

עקרון פעולת הגנרטור החשמלי - חוק פאראדיי

עקרון הגנרטור החשמלי התגלה כבר בשנת 1831 על ידי הפיזיקאי האנגלי מייקל פאראדיי. מאוחר יותר נקרא עיקרון זה חוק פאראדיי. זה טמון בעובדה שכאשר המוליך חוצה בניצב לשדה המגנטי, מתרחש הפרש פוטנציאל בקצות המוליך הזה.

הגנרטור הראשון בנה על ידי פאראדיי עצמו על פי העיקרון שגילה, זה היה "דיסק של פאראדיי" - גנרטור חד קוטבי בו דיסק נחושת הסתובב בין הקטבים של מגנט בצורת פרסה. המכשיר ייצר זרם משמעותי עם מתח קל.

מאוחר יותר נמצא שמוליכים מבודדים בודדים בגנרטורים יעילים בהרבה מבחינה מעשית מאשר דיסק מוליך מוצק. ובגנרטורים מודרניים, כעת מדובר בפיתולי תיל הסטטור המשמשים (במקרה הפשוט ביותר, סליל חוט).

אלטרנטור

הרוב המכריע של הגנרטורים המודרניים הם אלטרנטוריים סינכרוניים. יש להם עוגן המתפתל על הסטטור, ממנו מועברת האנרגיה החשמלית הנוצרת. מתפתל עירור ממוקם על הרוטור, אליו מועבר זרם קבוע דרך זוג טבעות מגע על מנת להשיג שדה מגנטי מסתובב מהרוטור המסתובב.

בשל תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית, כאשר הרוטור מסתובב מכונן חיצוני (למשל, ממנוע בעירה פנימית), השטף המגנטי שלו מצטלב בכל אחד משלבי הסטטור המתפתל בתורו, וכך גורם לו EMF לתוכם.

לרוב ישנם שלושה שלבים, הם נעקרים פיזית בעוגן ביחס זה לזה בכ -120 מעלות, כך שמתקבל זרם סינוסואידי תלת פאזי. ניתן לחבר שלבים בתבנית "כוכב" או "משולש" להשיג מתח חשמל סטנדרטי.

תדירות ה- EMF f הסינוסי פרופורציונאלית למהירות הרוטור: f = np / 60, כאשר - p הוא מספר זוגות הפלוסים המגנטיים של הרוטור, n הוא מספר הסיבובים של הרוטור לדקה. בדרך כלל, מהירות הרוטור המרבית היא 3000 סל"ד. אם תחבר מיישר תלת פאזי לכוויות הסטטור של גנרטור סינכרוני כזה, תקבל גנרטור זרם ישר (זה, אגב, כל גנרטורי הרכב עובדים).

גנרטור סינכרוני בן שלוש מכונות

כמובן שלגנרטור הסינכרוני הקלאסי יש מינוס רציני אחד - על הרוטור יש טבעות מגע ומברשות צמודות אליהם. מברשות נוצצות ונשחקות בגלל חיכוך ושחיקה חשמלית. באווירה נפיצה זה לא מותר. לפיכך, בתעופה ובגנרטורים דיזל, גנרטורים סינכרוניים חסרי מגע, בפרט שלושה מכונות, נפוצים יותר.

לשלוש מכונות יש שלוש מכונות בדיור אחד: טרום מרגש, מעורר וגנרטור על ציר משותף. הקדם-מרגש הוא גנרטור סינכרוני, הוא נרגש ממגנטים קבועים על הפיר, המתח שהוא מייצר מסופק אל סליל הסטטור של הפולט.

הסטטור של הפתוגן פועל על סלילה על הרוטור המחובר למיישר תלת פאזי הקבוע אליו, ממנו מוזנת התפתללות העיקרית של הגנרטור. הגנרטור מייצר זרם בסטטור שלו.

גנרטורים ניידים לגז, דיזל ובנזין

כיום נפוץ מאוד במשקי בית מחוללי דיזל, דלק ובנזיןהמשתמשים ב- ICE כמנוע בעירה פנימית - מנוע בעירה פנימית המעביר סיבוב מכני לרוטור הגנרטור.

לגנרטורים דלקים נוזליים יש מיכלי דלק, עבור מחוללי גז - יש צורך לספק דלק דרך הצינור, כך שאז הגז מוזן אל הקרבורטור, שם הוא יהפוך לחלק בלתי נפרד מתערובת הדלק.

בכל המקרים, תערובת הדלק נשרפת במערכת הבוכנה, וגורמת גל הארכובה להסתובב. זה דומה למנוע מכונית. גל הארכובה מסובב את הרוטור של גנרטור סינכרוני ללא מגע (אלטרנטור).

הכי טוב מחוללי מהפך של תחנות כוח ביתיות יש סוללה מובנית כדי לפצות על הבדלים ומערכת המרה כפולה, במכשירים כאלה המתח לסירוגין יציב יותר.

גנרטורים לרכב

דוגמא נוספת למחולל - סוג הגנרטור הנפוץ ביותר בעולם - מחולל מכוניות. גנרטור זה מכיל באופן מסורתי עירור מתפתל עם טבעות החלקה על הרוטור וסטטור תלת פאזי המתפתל עם מיישר.

ווסת אלקטרוני מובנה שומר על המתח בטווח המקובל עבור סוללת רכב. גנרטור מכוניות הוא גנרטור במהירות גבוהה, המהירויות שלו יכולות להגיע ל 9000 לדקה.

אף כי בתחילה הזרם מתקבל לסירוגין (קצות המוט של הרוטור לסירוגין ובקוטביות שונה מצטלבים בין שלושת השלבים של הסטטור המתפתל עם שטפי המגנט שלהם), אך הוא מתוקן על ידי דיודות והופך לקבוע המתאים לטעינת הסוללה.

עיצובים חריגים של גנרטורים חשמליים:

מחוללי אנרגיה בחינם

גנרטור המנוע היעיל-סופר של רוברט אלכסנדר

מחולל מרקס (מחולל מתח דופק)

תרמומוגנרטור Peltier

Nanogenerators למכשירים אלקטרוניים זעירים