Generatorji

Generatorji so naprave, ki pretvarjajo druge oblike energije v električno energijo. Leta 1832 je Francoz Bixi izumil generator.

Generator je sestavljen iz rotorja in statorja. Rotor se nahaja v osrednji votlini statorja. Na rotorju so magnetni poli, ki ustvarjajo magnetno polje. Ko glavni pogon poganja rotor, se prenaša mehanska energija. Magnetni poli rotorja se vrtijo z veliko hitrostjo skupaj z rotorjem, zaradi česar magnetno polje interagira s statorskim navitjem. Ta interakcija povzroči, da magnetno polje prereže prevodnike statorskega navitja, kar ustvari inducirano elektromotorno silo in s tem pretvori mehansko energijo v električno energijo. Generatorji se delijo na enosmerne in izmenične generatorje, ki se pogosto uporabljajo v industrijski in kmetijski proizvodnji, nacionalni obrambi, znanosti in tehnologiji ter vsakdanjem življenju.

Strukturni parametri

Generatorji so običajno sestavljeni iz statorja, rotorja, končnih pokrovov in ležajev.

Stator je sestavljen iz statorskega jedra, žičnih navitij, okvirja in drugih strukturnih delov, ki te dele pritrjujejo.

Rotor je sestavljen iz navitja rotorskega jedra (ali magnetnega pola, magnetne dušilke), zaščitnega obroča, sredinskega obroča, drsnega obroča, ventilatorja in rotorske gredi ter drugih komponent.

Stator in rotor generatorja sta povezana in sestavljena z ležaji in končnimi pokrovi, tako da se rotor lahko vrti v statorju in izvaja gibanje rezanja magnetnih silnic, s čimer ustvarja inducirani električni potencial, ki se vodi skozi priključke in priključi na tokokrog, nato pa se ustvari električni tok.

Funkcionalne lastnosti

Zmogljivost sinhronega generatorja je v glavnem zaznamovana z obratovalnimi karakteristikami v prostem teku in pod obremenitvijo. Te lastnosti so pomembna osnova za uporabnike pri izbiri generatorjev.

Karakterizacija brez obremenitve:Ko generator deluje brez obremenitve, je tok armature enak nič, kar je znano kot delovanje odprtega tokokroga. V tem času ima trifazno navitje statorja motorja samo elektromotorno silo prostega teka E0 (trifazna simetrija), ki jo inducira vzbujevalni tok If, in njena velikost se povečuje z naraščanjem If. Vendar ti dve sili nista sorazmerni, ker je jedro magnetnega tokokroga motorja nasičeno. Krivulja, ki odraža razmerje med elektromotorno silo prostega teka E0 in vzbujevalnim tokom If, se imenuje karakteristika prostega teka sinhronskega generatorja.

Reakcija armature:Ko je generator priključen na simetrično obremenitev, trifazni tok v navitju armature ustvari drugo vrteče se magnetno polje, ki se imenuje reakcijsko polje armature. Njegova hitrost je enaka hitrosti rotorja in oba se vrtita sinhrono.

Tako reaktivno polje armature kot tudi vzbujevalno polje rotorja sinhronih generatorjev lahko približno opišemo kot sinusoidno porazdeljeno polje. Njuna prostorska fazna razlika je odvisna od časovne fazne razlike med elektromotorno silo prostega teka E0 in tokom armature I. Poleg tega je reakcijsko polje armature povezano tudi z obremenitvenimi pogoji. Ko je obremenitev generatorja induktivna, ima reakcijsko polje armature razmagnetitveni učinek, kar povzroči zmanjšanje napetosti generatorja. Nasprotno pa ima reakcijsko polje armature magnetizacijski učinek, ki poveča izhodno napetost generatorja, ko je obremenitev kapacitivna.

Značilnosti delovanja obremenitve:Nanaša se predvsem na zunanje značilnosti in nastavitvene značilnosti. Zunanja značilnost opisuje razmerje med napetostjo na priključkih generatorja U in obremenitvenim tokom I, pri konstantni nazivni hitrosti, vzbujevalnem toku in faktorju moči obremenitve. Nastavitvena značilnost opisuje razmerje med vzbujevalnim tokom If in obremenitvenim tokom I, pri konstantni nazivni hitrosti, napetosti na priključkih in faktorju moči obremenitve.

Stopnja nihanja napetosti sinhronih generatorjev je približno 20–40 %. Tipične industrijske in gospodinjske obremenitve zahtevajo relativno konstantno napetost. Zato je treba vzbujevalni tok ustrezno prilagajati, ko se obremenitveni tok povečuje. Čeprav je trend spreminjanja regulacijske karakteristike nasproten zunanji karakteristiki, se pri induktivnih in izključno uporovnih obremenitvah povečuje, medtem ko se pri kapacitivnih obremenitvah običajno zmanjšuje.

Načelo delovanja

Dizelski generator

Dizelski motor poganja generator, ki pretvarja energijo dizelskega goriva v električno energijo. V cilindru dizelskega motorja se čist zrak, filtriran skozi zračni filter, temeljito pomeša z visokotlačnim atomiziranim dizelskim gorivom, ki ga vbrizga injektor goriva. Ko se bat premika navzgor in stiska zmes, se njegov volumen zmanjšuje in temperatura hitro narašča, dokler ne doseže točke vžiga dizelskega goriva. To vžge dizelsko gorivo, kar povzroči silovito gorenje zmesi. Hitro širjenje plinov nato potisne bat navzdol, kar je proces, znan kot "delo".

Bencinski generator

Bencinski motor poganja generator, ki pretvarja kemično energijo bencina v električno energijo. V valju bencinskega motorja se mešanica goriva in zraka hitro zgori, kar povzroči hitro povečanje prostornine, ki potisne bat navzdol in opravi delo.

Tako pri dizelskih kot bencinskih generatorjih vsak valj deluje zaporedno v določenem vrstnem redu. Sila, ki deluje na bat, se s pomočjo ojnice pretvori v rotacijsko silo, ki poganja ročično gred. Brezkrtačni sinhroni generator izmeničnega toka, koaksialno nameščen z ročično gredjo pogonskega motorja, omogoča, da vrtenje motorja poganja rotor generatorja. Generator nato na podlagi načela elektromagnetne indukcije proizvaja inducirano elektromotorno silo, ki ustvarja tok skozi zaprt tokokrog obremenitve.