Generatoare

Generatoarele sunt dispozitive care transformă alte forme de energie în energie electrică. În 1832, francezul Bixi a inventat generatorul.

Un generator este alcătuit dintr-un rotor și un stator. Rotorul este situat în cavitatea centrală a statorului. Acesta are poli magnetici pe rotor pentru a genera un câmp magnetic. Pe măsură ce motorul principal acționează rotorul pentru a se roti, se transferă energie mecanică. Polii magnetici ai rotorului se rotesc cu viteză mare odată cu rotorul, determinând interacțiunea câmpului magnetic cu înfășurarea statorului. Această interacțiune face ca câmpul magnetic să taie conductorii înfășurării statorului, generând o forță electromotoare indusă și transformând astfel energia mecanică în energie electrică. Generatoarele sunt împărțite în generatoare de curent continuu și generatoare de curent alternativ, care sunt utilizate pe scară largă în producția industrială și agricolă, apărarea națională, știință și tehnologie, precum și în viața de zi cu zi.

Parametri structurali

Generatoarele sunt de obicei alcătuite dintr-un stator, rotor, capace de capăt și rulmenți.

Statorul este alcătuit dintr-un miez statoric, înfășurări de sârmă, un cadru și alte piese structurale care fixează aceste piese.

Rotorul este alcătuit din miezul rotorului (sau polul magnetic, boxa magnetică), înfășurarea, inelul de protecție, inelul central, inelul alunecător, ventilatorul și arborele rotorului și alte componente.

Statorul și rotorul generatorului sunt conectate și asamblate prin rulmenți și capace de capăt, astfel încât rotorul se poate roti în stator și poate efectua mișcarea de tăiere a liniilor magnetice de forță, generând astfel potențialul electric indus, care este condus prin borne și conectat la circuit, iar apoi este generat curentul electric.

Caracteristici funcționale

Performanța generatorului sincron este caracterizată în principal de caracteristicile de funcționare în gol și în sarcină. Aceste caracteristici reprezintă baze importante pentru utilizatori în selectarea generatoarelor.

Caracterizare fără sarcină:Când un generator funcționează fără sarcină, curentul de armătură este zero, o condiție cunoscută sub numele de funcționare în circuit deschis. În acest moment, înfășurarea trifazată a statorului motorului are doar forța electromotoare în gol E0 (simetrie trifazată) indusă de curentul de excitație If, ​​iar magnitudinea acesteia crește odată cu creșterea lui If. Cu toate acestea, cele două nu sunt proporționale deoarece miezul circuitului magnetic al motorului este saturat. Curba care reflectă relația dintre forța electromotoare în gol E0 și curentul de excitație If se numește caracteristica în gol a generatorului sincron.

Reacția armăturii:Când un generator este conectat la o sarcină simetrică, curentul trifazat din înfășurarea armăturii generează un alt câmp magnetic rotativ, numit câmp de reacție al armăturii. Viteza sa este egală cu cea a rotorului, iar cele două se rotesc sincron.

Atât câmpul reactiv al armăturii, cât și câmpul de excitație al rotorului, la generatoarele sincrone pot fi aproximate ca fiind distribuite conform unei legi sinusoidale. Diferența de fază spațială depinde de diferența de timp dintre forța electromotoare E0 în gol și curentul de armătură I. În plus, câmpul de reacție al armăturii este, de asemenea, legat de condițiile de sarcină. Când sarcina generatorului este inductivă, câmpul de reacție al armăturii are un efect de demagnetizare, ducând la o scădere a tensiunii generatorului. În schimb, când sarcina este capacitivă, câmpul de reacție al armăturii are un efect de magnetizare, care crește tensiunea de ieșire a generatorului.

Caracteristicile funcționării la încărcare:Se referă în principal la caracteristicile externe și la caracteristicile de reglare. Caracteristica externă descrie relația dintre tensiunea la bornele generatorului U și curentul de sarcină I, având în vedere o viteză nominală constantă, curentul de excitație și factorul de putere al sarcinii. Caracteristica de reglare descrie relația dintre curentul de excitație If și curentul de sarcină I, având în vedere o viteză nominală constantă, tensiunea la bornele generatorului și factorul de putere al sarcinii.

Rata de variație a tensiunii generatoarelor sincrone este de aproximativ 20-40%. Sarcinile industriale și casnice tipice necesită o tensiune relativ constantă. Prin urmare, curentul de excitație trebuie ajustat în mod corespunzător, pe măsură ce curentul de sarcină crește. Deși tendința de schimbare a caracteristicii de reglare este opusă caracteristicii externe, aceasta crește pentru sarcinile inductive și pur rezistive, în timp ce scade, în general, pentru sarcinile capacitive.

Principiul de funcționare

Generator diesel

Un motor diesel acționează un generator, transformând energia din motorină în energie electrică. În interiorul cilindrului unui motor diesel, aerul curat, filtrat de filtrul de aer, se amestecă complet cu motorina atomizată la înaltă presiune injectată de injectorul de combustibil. Pe măsură ce pistonul se mișcă în sus, comprimând amestecul, volumul acestuia scade, iar temperatura crește rapid până când atinge punctul de aprindere al motorinei. Aceasta aprinde motorina, provocând arderea violentă a amestecului. Expansiunea rapidă a gazelor forțează apoi pistonul în jos, un proces cunoscut sub numele de „lucru mecanic”.

Generator de benzină

Un motor pe benzină acționează un generator, transformând energia chimică a benzinei în energie electrică. În interiorul cilindrului unui motor pe benzină, un amestec de combustibil și aer suferă o ardere rapidă, rezultând o expansiune rapidă a volumului care forțează pistonul în jos, efectuând un lucru mecanic.

Atât în ​​generatoarele diesel, cât și în cele pe benzină, fiecare cilindru funcționează secvențial într-o ordine specifică. Forța exercitată asupra pistonului este transformată de bielă în forță de rotație, care acționează arborele cotit. Un generator de curent alternativ sincron fără perii, montat coaxial cu arborele cotit al motorului de putere, permite rotația motorului să acționeze rotorul generatorului. Pe baza principiului inducției electromagnetice, generatorul produce apoi o forță electromotoare indusă, generând curent printr-un circuit de sarcină închis.