Электрический генератор. Краткая история и принципы работы - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

В 1831 году английский ученый Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию. Суть этого открытия заключалась в том, что если вращать проводник между полюсами магнита, то в проводнике создавалось электромагнитное поле. Это поле вызвало движение электронов, и в проводнике начал протекать электрический ток. Это открытие позволило создать электрогенератор и электродвигатель.

Содержание

Электрический генератор

Электрический генератор (лат. “генератор”) – это устройство, вырабатывающее электричество, т.е. преобразующее механическую энергию в электрический ток.

Изобретение генератора позволило промышленности и обществу вырабатывать и использовать электроэнергию, например, для приведения в действие машин или освещения домов и улиц, уже в середине 19 века. Кстати, электродвигатели постоянного тока почти полностью аналогичны по конструкции генераторам. Более того, если включить якорь электродвигателя на постоянный ток (например, от электромобиля или другой игрушки), он, как и генератор, начнет вырабатывать электричество.

генератор – источник, распределитель; резак; агрегатор, стимулятор, релаксатор, магнето, генератор, мазер, иразер Словарь русских синонимов. генератор, синонимы: 63 – автогенератор (1) … Словарь синонимов

ГЕНЕРАТОР

генератор – Электростатический ускоритель Ван де Граафа, использующий механический перенос электрического заряда через бесконечную полосу диэлектрического материала для получения высокого постоянного электрического напряжения…. ….

генератор – Источник, распределитель; резак; агрегатор, стимулятор, релаксатор, магнето, генератор, мазер, иразер Словарь русских синонимов. генератор, существительное, синонимы: 63 – автогенератор (1) … Словарь синонимов

ГЕНЕРАТОР – (Латинское: generator, от genus, generis род). 1) предок. 2) Котел в паровых машинах. 3) Машина для выработки электроэнергии. 4) Устройство, производящее искусственный лед. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. A. N. Чудинов… Словарь иностранных слов в русском языке

ГЕНЕРАТОР – Генератор – это устройство, аппарат, машина, которая производит продукт (например, ацетиленовый генератор, парогенератор) или вырабатывает электричество (например, электромашинный, магнитогидродинамический, термоионный, … … – Большой энциклопедический словарь

ГЕНЕРАТОР – Общее название устройства, аппарата или машины, которая производит какой-либо продукт (см. ), вырабатывает электричество (генератор электрической машины) или преобразует один вид энергии в другой (см. ); (1) Г. Ожидание Г. (см.), на выходе … … Большая политехническая энциклопедия

ГЕНЕРАТОР – ГЕНЕРАТОР, генератор, плоть. (лат. генератор, лит. родитель) (техн.). 1. механизм, вырабатывающий энергию. Генератор постоянного тока (то же, что и динамо). 2. печь специального оборудования для производства генераторного газа. Словарь… …. Словарь Ушакова

генератор – а, м. générateur м., лат. генератор. 1. устройство, аппарат или машина, предназначенные для производства какого-либо вещества, выработки электроэнергии или передачи электромагнитных, световых сигналов и т.д. BAS 2. 2. рис. О ком-то, кто…. … Исторический словарь русского языка

ГЕНЕРАТОР – ГЕНЕРАТОР, а, муж. Общее название для энергопроизводящих аппаратов, машин или устройств, которые производят различные виды энергии или преобразуют одну форму энергии в другую. Словарь Ожегова. С. Ожегов, Н. Шведова. 1949 1992 … Словарь Ожегова

генератор – Устройство, вырабатывающее электроэнергию. Эдварт. Автомобильный словарь, 2009 … Автомобильный словарь

генератор – Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую [СТ МЭК 50(411) 73] 4.1.2 Генераторы Генераторы могут быть двух типов: синхронные и асинхронные. В зависимости от области применения генератора, выбор генератора определяется следующим…….. Руководство переводчика

В зависимости от назначения, генератор имеет определенные конструктивные особенности, но есть два элемента, которые есть у каждого устройства, преобразующего механическую энергию в электрическую:

Электрический генератор

Принцип работы электрогенератора заключается в преобразовании механической энергии в электрическое поле. Основными источниками этой энергии могут быть вода, пар, ветер или двигатель внутреннего сгорания. Принцип работы генератора основан на совместном действии магнитного поля и проводника, а именно: при вращении рамки линии магнитной индукции начинают пересекать ее, в этот момент возникает электродвижущая сила. Это приводит к тому, что ток протекает через рамку с помощью контактных колец во внешнюю цепь.

Дизельные генераторы выпускаются в виде стационарных или передвижных установок. Эти устройства очень шумные. Поэтому в некоторых случаях их помещают в специальные звукоизолирующие корпуса.

Типы генераторов

Электротехническая промышленность выпускает бытовые генераторы переменного тока трех типов:

с газовым двигателем;
бензин;
дизель.

Газ

Генераторы, работающие на газе, производят дешевую электроэнергию. Стоимость одного кВт/ч составляет 3 рубля. Газовые генераторы используются в качестве резервных источников энергии. Эти устройства предназначены для кратковременного включения в случае отключения электроэнергии в центральной электросети.

Газовые приборы мощностью 5 кВт используются в частных домах. Приборы оснащены системой автозапуска. В случае отключения электроэнергии устройство автоматически включается и восстанавливает напряжение в доме. Генераторы с воздушным охлаждением требуют перерыва после 12 часов непрерывной работы.

Такие преобразователи энергии выгодно устанавливать на линии центрального газоснабжения. Самостоятельная подача сжатого природного газа в систему зависит от ряда условий, таких как наличие магистрального газопровода и технически исправного потребительского оборудования в доме.

Одним из преимуществ газовых установок является то, что генераторы работают практически бесшумно, а выбросы продуктов сгорания топлива сведены к нулю.

Газовые генераторы установлены снаружи дома. Для обеспечения бесперебойной работы в зимний период агрегаты размещаются в специальных корпусах. Существующие модели имеют жидкостное охлаждение, что позволяет устанавливать их внутри дома.

Бензин

Бензиновые генераторы в основном производятся мощностью не более 20 кВт. Эти устройства используются для аварийного электроснабжения сельских домов, коттеджей, а также для питания ручного электроинструмента, небольших станков и т.д. Генераторы могут поддерживать освещение дворов, парковок и коммерческих площадей.

Дополнительная информация. Стандартным топливом для этих установок является бензин АИ-92. Бензин АИ-76 и АИ-95 может быть временно залит в бак установки.

Бензиновые генераторы переменного тока могут быть мобильными или стационарными. Тяжелые устройства оснащены парой колес. В зависимости от модели агрегаты оснащаются ручным запуском или стартером. Для снижения уровня шума двигателя внутреннего сгорания устройство помещено в акустический кожух.

Дизель

Дизельные генераторы переменного тока – это устройства с выходной мощностью до 3 мВт. Генераторы можно использовать в качестве источника постоянного тока для домов и коттеджей выходного дня. Автономные дизельные источники переменного тока питают мощное деревообрабатывающее оборудование, станки различного назначения. Дизельные генераторы могут обеспечить энергией целые деревни.

Дизельные генераторные установки могут быть как стационарными, так и мобильными. Машины работают шумно. Поэтому в некоторых случаях они размещаются в специальных звукоизолирующих корпусах.

По сравнению с бензиновыми аналогами, дизельные генераторы потребляют меньше топлива, которое дешевле бензина. Более дорогие модели способны контролировать процесс выработки электроэнергии и автоматически включаться при возникновении неисправности в центральной электросети.

На современном электротехническом рынке представлен широкий ассортимент генераторов переменного тока. Модели различных систем питания с широким диапазоном мощности отвечают всем требованиям потребителей.

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, является простым электромагнитом. Обмотка расположена между двумя половинками полюсов (сердечниками), необходимыми для регулировки и направления магнитного поля. Каждая половина имеет шесть треугольных выступов, называемых клювами. На валу ротора также имеются два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Обмотка возбуждения питается от аккумулятора через контактные кольца. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

Производительность генератора переменного тока

Производительность генератора переменного тока оценивается по нескольким параметрам:

номинальный ток и номинальное напряжение;
номинальная частота возбуждения;
частота самовозбуждения;
Коэффициент мощности (КПД).

Номинальное напряжение бортовой сети автомобиля от генератора переменного тока составляет 12 или 24 В. Характеристическая кривая “ток – ток” показывает зависимость тока от частоты вращения генератора.

Напряжение генератора переменного тока можно измерить с помощью мультиметра. При выключенных потребителях и отсутствии нагрузки на холостом ходу мультиметр должен показывать от 14,3 В до 15,5 В. Если после запуска двигателя напряжение превышает 14 В, это может означать, что аккумулятор разряжен и генератор заряжает его. Когда потребители включаются по очереди (фары, отопление, кондиционер и т.д.), напряжение падает примерно на 0,2 после каждого включения. Но в конечном итоге напряжение не должно опускаться ниже 12,8 В. Если это значение меньше, батарея начнет разряжаться. С другой стороны, если напряжение слишком высокое (14 В или более), батарея может быть повреждена. В то же время напряжение на выходе самой батареи должно быть в пределах 12,6 – 12,7 В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отклоняться от номинального значения 12 В. При всех включенных потребителях тока это значение должно составлять от 13,5 В до 14 В. Если он ниже, это может указывать на неисправность. Допустимый предел составляет 13 В.

На следующем рисунке показана подробная электрическая схема генератора переменного тока автомобиля.

К ротору генератора прикрепляется намагничивающая обмотка или постоянные магниты. В последние годы генераторы переменного тока с неодимовыми магнитами на роторе получили широкое распространение, поскольку современные неодимовые магниты обладают такой же прочностью, как и магнитная обмотка.

Как работает электрогенератор

Работа любого электрогенератора заключается в производстве электроэнергии. Однако генератор на самом деле ничего не производит, а преобразует одну форму энергии в другую (что характерно для всех энергетических процессов в природе). Чаще всего, когда говорят “электрогенератор”, имеют в виду машину, которая преобразует механическую энергию в электрическую.

Механическая энергия может поступать от газа или пара, расширяющегося под давлением, от падающей воды или даже от ручного труда. В обоих случаях, чтобы получить электричество от генератора, он должен сначала передать эту энергию в приемлемой форме, обычно механической.

– А откуда берется электричество?
– Два гигантских хомяка крутятся в секретном бункере.

Остаться в живых

Генераторы с механическим приводом являются доминирующим типом генераторов в современном мире. Эти генераторы работают на атомных и гидроэлектростанциях, в автомобилях, в дизельных и бензиновых генераторах, в ветряных турбинах, в ручных динамо-машинах и т.д. Пар, бензин и ветер производят механическую энергию, которая вращает ротор генератора.

Пример простого электрического генератора:

К ротору генератора прикрепляется намагничивающая обмотка или постоянные магниты. В последние годы генераторы с неодимовыми магнитами на роторе получили широкое распространение, поскольку современные неодимовые магниты по мощности не уступают магнитной обмотке.

Принцип выработки электроэнергии в генераторе основан на явлении электромагнитной индукции, которое заключается в том, что изменяющийся в пространстве магнитный поток индуцирует вокруг этого пространства электрическое поле.

Если проводник поместить в область этого индуцированного электрического поля, в проводнике индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), и между концами проводника можно наблюдать (измерять, использовать для питания нагрузки) соответствующее напряжение.

Переменный магнитный поток создается в генераторе магнитами или полюсами, движущимися вместе с ротором, которые намагничиваются специальными обмотками – намагничивающими обмотками. Намагничивающие обмотки обычно подаются через щетки и контактные кольца.

Использование генератора для электрификации модельной железной дороги:

Проводниками, в которых индуцируется ЭДС (электрическое напряжение) в генераторе переменного тока, являются обмотки статора, обычно расположенные в магнитопроводе, прикрепленном к неподвижной части электрической машины. В разных типах генераторов переменного тока эти обмотки могут быть выполнены по-разному.

В трехфазных генераторах переменного тока используется трехфазная обмотка статора – три части этой трехфазной обмотки могут быть соединены звездой или треугольником.

Соединение звездой дает генератору более высокое напряжение, чем соединение треугольником. Разница в напряжении будет корень из 3 раз (около 1,73). Чем выше напряжение, тем меньше максимальный ток, который может быть получен от данного генератора на нагрузке.

Работа электрогенератора на электростанции:

Номинальная мощность генератора зависит от нескольких факторов, которые определяют его номинальный ток и напряжение. Напряжение на выходных клеммах генератора зависит от длины обмотки статора (провода), скорости вращения ротора и индукции магнитного поля на его полюсах. Чем больше эти параметры, тем больше напряжение, получаемое от генератора при отсутствии нагрузки и под нагрузкой.

Портативный генератор (миниэлектростанция) для автономного электроснабжения:

Максимальный ток, который можно получить от генератора, теоретически ограничен его током короткого замыкания. Практически, при номинальной скорости он зависит от толщины провода обмотки статора и общего магнитного потока ротора.

Если магнитный поток недостаточен, иногда необходимо увеличить скорость. Но тогда генератор обязательно должен быть оснащен автоматическим регулятором напряжения, как это используется в автомобильных генераторах, которые способны выдавать приемлемый ток для зарядки аккумулятора в широком диапазоне скоростей.

Читайте далее: