Generatoriai

Generatoriai yra prietaisai, kurie kitas energijos formas paverčia elektros energija. 1832 m. prancūzas Bixi išrado generatorių.

Generatorių sudaro rotorius ir statorius. Rotorius yra statoriaus centrinėje ertmėje. Ant rotoriaus yra magnetiniai poliai, kurie sukuria magnetinį lauką. Kai pagrindinis variklis varo rotorių, perduodama mechaninė energija. Rotoriaus magnetiniai poliai sukasi dideliu greičiu kartu su rotoriumi, todėl magnetinis laukas sąveikauja su statoriaus apvija. Dėl šios sąveikos magnetinis laukas pjauna statoriaus apvijos laidininkus, sukuria indukuotą elektrovaros jėgą ir taip mechaninę energiją paverčia elektros energija. Generatoriai skirstomi į nuolatinės srovės generatorius ir kintamosios srovės generatorius, kurie plačiai naudojami pramonės ir žemės ūkio gamyboje, nacionalinėje gynyboje, moksle ir technologijose bei kasdieniame gyvenime.

Struktūriniai parametrai

Generatoriai paprastai susideda iš statoriaus, rotoriaus, galinių dangtelių ir guolių.

Statorių sudaro statoriaus šerdis, vielos apvijos, rėmas ir kitos konstrukcinės dalys, kurios pritvirtina šias dalis.

Rotorių sudaro rotoriaus šerdis (arba magnetinis polius, magnetinis droselis), apvija, apsauginis žiedas, centrinis žiedas, slydimo žiedas, ventiliatorius ir rotoriaus velenas bei kiti komponentai.

Generatoriaus statorius ir rotorius yra sujungti ir surinkti guoliais ir galiniais dangteliais, kad rotorius galėtų suktis statoriuje ir atlikti judesį, pjaunantį magnetines jėgos linijas, taip generuodamas indukuotą elektrinį potencialą, kuris išvedamas per gnybtus ir prijungiamas prie grandinės, o tada generuojama elektros srovė.

Funkcinės savybės

Sinchroninio generatoriaus veikimą daugiausia apibūdina veikimo be apkrovos ir apkrovos charakteristikos. Šios charakteristikos yra svarbus pagrindas vartotojams renkantis generatorius.

Aprašymas be apkrovos:Kai generatorius veikia be apkrovos, armatūros srovė lygi nuliui, ši būsena vadinama atvirosios grandinės veikimu. Šiuo metu variklio statoriaus trifazė apvija turi tik tuščiosios būsenos elektrovaros jėgą E0 (trifazė simetrija), kurią sukelia sužadinimo srovė If, ir jos dydis didėja didėjant If. Tačiau šios dvi jėgos nėra proporcingos, nes variklio magnetinės grandinės šerdis yra prisotinta. Kreivė, atspindinti tuščiosios būsenos elektrovaros jėgos E0 ir sužadinimo srovės If santykį, vadinama sinchroninio generatoriaus tuščiosios būsenos charakteristika.

Armatūros reakcija:Kai generatorius prijungiamas prie simetriškos apkrovos, trifazė srovė armatūros apvijoje sukuria kitą sukamąjį magnetinį lauką, vadinamą armatūros reakcijos lauku. Jo greitis yra lygus rotoriaus greičiui, ir abu sukasi sinchroniškai.

Tiek sinchroninių generatorių armatūros reaktyvusis laukas, tiek rotoriaus sužadinimo laukas gali būti apytiksliai pasiskirstę pagal sinusoidinį dėsnį. Jų erdvinis fazių skirtumas priklauso nuo laiko fazių skirtumo tarp tuščiosios eigos elektrovaros jėgos E0 ir armatūros srovės I. Be to, armatūros reakcijos laukas taip pat yra susijęs su apkrovos sąlygomis. Kai generatoriaus apkrova yra indukcinė, armatūros reakcijos laukas turi demagnetinantį poveikį, dėl kurio sumažėja generatoriaus įtampa. Ir atvirkščiai, kai apkrova yra talpinė, armatūros reakcijos laukas turi magnetinantį poveikį, dėl kurio padidėja generatoriaus išėjimo įtampa.

Apkrovos veikimo charakteristikos:Tai daugiausia susiję su išorinėmis charakteristikomis ir reguliavimo charakteristikomis. Išorinė charakteristika apibūdina generatoriaus gnybtų įtampos U ir apkrovos srovės I santykį, esant pastoviam vardiniam greičiui, sužadinimo srovei ir apkrovos galios koeficientui. Reguliavimo charakteristika apibūdina sužadinimo srovės If ir apkrovos srovės I santykį, esant pastoviam vardiniam greičiui, gnybtų įtampai ir apkrovos galios koeficientui.

Sinchroninių generatorių įtampos kitimo dažnis yra maždaug 20–40 %. Tipinėms pramoninėms ir buitinėms apkrovoms reikalinga santykinai pastovi įtampa. Todėl sužadinimo srovė turi būti atitinkamai reguliuojama didėjant apkrovos srovei. Nors reguliavimo charakteristikos kitimo tendencija yra priešinga išorinei charakteristikai, indukcinių ir grynai varžinių apkrovų atveju ji didėja, o talpinių apkrovų atveju – paprastai mažėja.

Veikimo principas

Dyzelinis generatorius

Dyzelinis variklis suka generatorių, kuris dyzelinio kuro energiją paverčia elektros energija. Dyzelinio variklio cilindre švarus oras, filtruojamas oro filtro, kruopščiai susimaišo su aukšto slėgio purškiamu dyzeliniu kuru, kurį įpurškia degalų purkštuvas. Stūmokliui judant aukštyn ir suslegiant mišinį, jo tūris mažėja, o temperatūra sparčiai kyla, kol pasiekia dyzelinio kuro užsidegimo tašką. Tai uždega dyzelinį kurą, todėl mišinys smarkiai užsidega. Dėl greito dujų plėtimosi stūmoklis stumia žemyn – šis procesas vadinamas „darbu“.

Benzino generatorius

Benzininis variklis suka generatorių, kuris paverčia benzino cheminę energiją elektros energija. Benzininio variklio cilindre degalų ir oro mišinys greitai sudega, todėl greitai išsiplečia tūris, verčiantis stūmoklį žemyn ir atliekantis darbą.

Tiek dyzeliniuose, tiek benzininiuose generatoriuose kiekvienas cilindras veikia nuosekliai tam tikra tvarka. Stūmoklį veikianti jėga jungiamojo strypo paverčiama sukimo jėga, kuri suka alkūninį veleną. Bešepetis sinchroninis kintamosios srovės generatorius, koaksialiai pritvirtintas prie variklio alkūninio veleno, leidžia variklio sukimuisi sukioti generatoriaus rotorių. Remiantis elektromagnetinės indukcijos principu, generatorius sukuria indukuotą elektrovaros jėgą, kuri generuoja srovę per uždarą apkrovos grandinę.