Generátorok

A generátorok olyan eszközök, amelyek más energiaformákat alakítanak át elektromos energiává. 1832-ben a francia Bixi találta fel a generátort.

Egy generátor egy rotorból és egy állórészből áll. A rotor az állórész középső üregében található. A rotoron mágneses pólusok hoznak létre mágneses mezőt. Ahogy a fő mozgatóerő forgatja a rotort, mechanikai energia átkerül. A rotor mágneses pólusai nagy sebességgel forognak a rotorral együtt, aminek következtében a mágneses mező kölcsönhatásba lép az állórész tekercselésével. Ez a kölcsönhatás azt eredményezi, hogy a mágneses mező átvágja az állórész tekercsének vezetőit, indukált elektromotoros erőt generálva, és ezáltal a mechanikai energiát elektromos energiává alakítva. A generátorok egyenáramú és váltakozó áramú generátorokra oszthatók, amelyeket széles körben használnak az ipari és mezőgazdasági termelésben, a nemzetvédelemben, a tudományban és a technológiában, valamint a mindennapi életben.

Szerkezeti paraméterek

A generátorok általában állórészből, rotorból, végzárókból és csapágyakból állnak.

Az állórész egy állórészmagból, huzaltekercsekből, egy keretből és egyéb szerkezeti elemekből áll, amelyek rögzítik ezeket az alkatrészeket.

A rotor a rotormagból (vagy mágneses pólusból, mágneses fojtótekercsből), védőgyűrűből, középső gyűrűből, csúszógyűrűből, ventilátorból és rotortengelyből, valamint egyéb alkatrészekből áll.

A generátor állórészét és forgórészét csapágyak és végzárók kötik össze és szerelik össze, így a forgórész foroghat az állórészben, és elvághatja a mágneses erővonalakat, ezáltal indukált elektromos potenciált generálva, amelyet a csatlakozókon keresztül vezetnek ki és csatlakoztatnak az áramkörhöz, majd elektromos áram keletkezik.

Funkcionális jellemzők

A szinkrongenerátor teljesítményét főként az üresjárati és terheléses üzemi jellemzők jellemzik. Ezek a jellemzők fontos alapot jelentenek a felhasználók számára a generátorok kiválasztásához.

Terhelés nélküli jellemzés:Amikor egy generátor terhelés nélkül működik, az armatúraáram nulla, ezt az állapotot nyitott áramkörű működésnek nevezik. Ekkor a motor állórészének háromfázisú tekercsében csak az If gerjesztőáram által indukált E0 üresjárási elektromotoros erő (háromfázisú szimmetria) hat, és ennek nagysága az If növekedésével növekszik. A kettő azonban nem arányos, mivel a motor mágneses áramkörének magja telített. Az E0 üresjárási elektromotoros erő és az If gerjesztőáram közötti kapcsolatot tükröző görbét a szinkrongenerátor üresjárási jelleggörbéjének nevezzük.

Armatúra reakciója:Amikor egy generátort szimmetrikus terhelésre csatlakoztatunk, az armatúra tekercsében folyó háromfázisú áram egy másik forgó mágneses mezőt hoz létre, amelyet armatúra reakciótérnek nevezünk. Sebessége megegyezik a rotor sebességével, és a kettő szinkronban forog.

Mind a szinkrongenerátorok armatúra-reaktív tere, mind a rotor gerjesztő tere közelíthető úgy, hogy mindkettő szinuszos eloszlású. Térbeli fáziskülönbségük az üresjárati elektromotoros erő E0 és az armatúraáram I közötti időfáziskülönbségtől függ. Ezenkívül az armatúra-reakciótere a terhelési viszonyokkal is összefügg. Induktív terhelés esetén az armatúra-reakciótere demagnetizáló hatású, ami a generátor feszültségének csökkenéséhez vezet. Ezzel szemben kapacitív terhelés esetén az armatúra-reakciótere mágnesező hatású, ami növeli a generátor kimeneti feszültségét.

Terhelésüzemi jellemzők:Főként külső jellemzőkre és beállítási jellemzőkre vonatkozik. A külső jellemző a generátor kapocsfeszültsége (U) és a terhelési áram (I) közötti kapcsolatot írja le, állandó névleges fordulatszám, gerjesztőáram és terhelési teljesítménytényező mellett. A beállítási jellemző a gerjesztőáram (If) és a terhelési áram (I) közötti kapcsolatot írja le, állandó névleges fordulatszám, kapocsfeszültség és terhelési teljesítménytényező mellett.

A szinkron generátorok feszültségváltozási rátája körülbelül 20-40%. A tipikus ipari és háztartási terhelések viszonylag állandó feszültséget igényelnek. Ezért a gerjesztőáramot a terhelési áram növekedésével ennek megfelelően kell beállítani. Bár a szabályozási karakterisztika változási trendje ellentétes a külső karakterisztikával, induktív és tisztán ohmos terhelések esetén növekszik, míg kapacitív terhelések esetén általában csökken.

Működési elv

Dízelgenerátor

Egy dízelmotor egy generátort hajt, amely a dízelüzemanyag energiáját elektromos energiává alakítja. A dízelmotor hengerében a légszűrőn átszűrt tiszta levegő alaposan összekeveredik az üzemanyag-befecskendező által befecskendezett nagynyomású porlasztott dízelüzemanyaggal. Ahogy a dugattyú felfelé mozog, összenyomja a keveréket, annak térfogata csökken, és a hőmérséklete gyorsan emelkedik, amíg el nem éri a dízelüzemanyag gyulladási pontját. Ez meggyújtja a dízelüzemanyagot, ami heves égést okoz. A gázok gyors tágulása ezután lefelé kényszeríti a dugattyút, ezt a folyamatot „munkának” nevezik.

Benzingenerátor

Egy benzinmotor egy generátort hajt, amely a benzin kémiai energiáját elektromos energiává alakítja. A benzinmotor hengerében az üzemanyag és a levegő keveréke gyorsan ég, ami a térfogat gyors növekedését eredményezi, ami a dugattyút lefelé kényszeríti, munkát végezve.

Mind a dízel-, mind a benzinüzemű generátorokban minden henger szekvenciálisan, meghatározott sorrendben működik. A dugattyúra kifejtett erőt a hajtórúd alakítja át forgóerővé, amely meghajtja a főtengelyt. Egy kefe nélküli szinkron váltakozó áramú generátor, amely koaxiálisan van felszerelve a motor főtengelyével, lehetővé teszi, hogy a motor forgása meghajtsa a generátor forgórészét. Az elektromágneses indukció elve alapján a generátor ezután indukált elektromotoros erőt hoz létre, áramot generálva egy zárt terhelési áramkörön keresztül.