устройства переменного и постоянного тока

Электрический генератор — аппарат, основная работа которого заключается в переработке механической энергии в электроэнергию. В роли источника энергии может быть пар, вода, двигатель внутреннего сгорания, ветер и др. Эта установка может пригодиться в местности, где порой происходит перебой питания, его также можно попросту взять с собой на природу.

Немного истории

Первым электрогенератором, который мог производить ток для промышленности, была динамо-машина. Ее работа основывалась на законах электрического магнетизма для переработки механической энергии в постоянный пульсирующий ток. Мощность вырабатывалась с помощью механического коммутатора. Автором аппарата стал Ипполит Пикси в ХIX веке.

Динамо-машина стала отправной точкой для изобретения таких приборов, как генератор переменного тока, двигатель постоянного тока, роторный преобразователь и др.

Виды генераторов

Как бы далеко человек ни находился от благ цивилизации, всегда можно пользоваться электричеством благодаря электрическим генераторам. Они бывают однофазными или трехфазными в зависимости от производимого тока. В однофазных выход напряжения стандартный — 220 B, частота — 50 Гц. Во втором варианте выход напряжения — 330 В, частота — аналогичная однофазному.

Частота и выход напряжения поспособствуют бесперебойной работе электрических бытовых приборов и инструментов. Сами генераторы в зависимости от источника энергии могут работать на бензине, дизеле, газе или же на солнечной, ветряной и водяной энергии.

Бензиновые генераторы

Бензиновый электрогенератор — топливное устройство, работающее автономно. Для его работы понадобится, как можно догадаться, бензин, расход которого составляет 500 мл для выработки одного киловатта в час. Конечно, этот показатель может меняться в зависимости от мощности прибора.

Работает аппарат просто: нужно залить топливо в бак, откуда оно попадет в камеру внутреннего сгорания. Искра зажигает смесь. Энергия, вырабатываемая при горении, преобразуется в электрический ток. Бензиновый генератор почти не используется в роли самостоятельного источника питания, так как ему попросту не хватает мощности. Его можно активно применять для освещения участка, различных площадок.

По способу перемещения бензиновые аппараты могут быть передвижными и стационарными. Что касается используемого топлива, то это могут быть такие марки бензина: АИ-92, АИ-95 с добавлением масла, АИ-76.

Дизельные устройства

В основном на рынке дизельных электрогенераторов продаются однофазные варианты мощностью 5 кВт, напряжением 220 В и частотой тока 50 Гц. Эти параметры стандартны для бытовых приборов. Если нужны более мощные генераторы, то существуют аппараты с мощностью 10 кВт.

Для поддержания стабильного напряжения и достаточного запаса мощности производители рекомендуют дизельный синхронный генератор с мощностью 5,5 кВт. Разброс показателей напряжения у такого устройства колеблется в пределах 5% от номинального. Это позволяет подключать приборы, чувствительные к скачкам напряжения. Использование асинхронного 6 кВт аппарата не позволяет присоединять чувствительные устройства, так как погрешность стабилизации здесь достигает 10%.

Газовые аппараты

Газовый электрогенератор — высокотехнологичный аппарат, предназначенный для выработки электрической энергии. Механизм работы заключается в следующем: путем сгорания топлива вырабатывается механическая энергия, которая затем замещается электрической. Основные достоинства:

• Безопасность для экологии. Итогом горения газа являются безвредные компоненты, не содержащие копоти и токсических отходов.
• Экономичность. Цена энергии, вырабатываемой генератором, ниже, чем при работе с бензиновым устройством.
• Автоматизированная подача топлива. Это значит, что нет необходимости постоянно доливать бензин или дизтопливо, достаточно подключиться к центральной магистрали газоснабжения.
• Автозапуск. Ничего не нужно подключать и отключать, потому что система снабжена автоматикой. Стоит обратить внимание на то, что генератор должен находиться только в теплом помещении, иначе зимой он не включится.

Существуют у газовых генераторов и недостатки, например, чтобы подключить аппарат к центральному газоснабжению, придется получить кучу разрешений и потратить немало финансов. Кроме того, для подключения нужны особые навыки, так как технология требует особых мер безопасности. Ведь газ может взорваться, а газовый электрогенератор непростой по своему устройству.

Правила выбора

В настоящее время создаются устройства, автоматизирующие некоторые пункты работы — это, например, устройства видеонаблюдения, контроля и управление процессом генерации. Эти средства анализируют качество тока на выходе.

Чтобы правильно подобрать аппарат, необходимо узнать и сложить используемые мощности всех одновременно включаемых устройств. Как и в бензиновом варианте, необходимо брать немного с запасом. Лучше всего подойдут генераторы с мощностью 5 кВт.

Приобретая аппарат, следует знать, что он не должен работать все время на максимальной мощности. Длительное время работы на пределе может заметно истощить моторесурс. Рекомендуемая нагрузка должна составлять 75% от максимума.

Бестопливный аппарат своими руками

В конце XIX века Никола Тесла изобрел систему переменного тока, которая применяется и сегодня. Задача ученого заключалась в конденсировании энергии, находящейся между Землей и верхним слоем атмосферы. Затем — получение электрического тока из полученной энергии.

Незамысловатый прибор можно собрать своими руками. Для этого необходимо найти пару катушек без сердечника. Первичная обмотка делается из 3−10 витков толстого провода. Вторичная обмотка включает в себя уже около 1 тыс. витков. При создании бестопливного генератора основная сложность заключается в создании первичной обмотки. Соорудить генератор электричества несложно, но затратно. Для начала нужно взять любой источник напряжения (не меньше 1,5 киловольт) и присоединить к конденсатору. Порядок работы:

• Соединить имеющийся источник на нужное напряжение к конденсатору.
• Далее необходимо создать диодный мост, потому что емкость конденсатора немалая.
• Подключить конструкцию через искровой промежуток к первичному слою обмотки.

Оголенные провода важно направить в одну сторону. Расстояние между ними нужно регулировать путем сгибания проволоки провода. В пиковом состоянии напряжение всегда выше начального, потому что ток переменный. Для создания второго слоя обмотки достаточно 150 витков. При корректном выполнении работ должен получиться разряд в один сантиметр (при сближении катушек). При разведении их врозь появится дуга. Расположенный снизу вывод катушки важно заземлить в обязательном порядке.

Из-за лимитизированной емкости конденсатора настройка схемы идет путем регулировки сопротивления первого слоя обмотки. При этом изменяется точка подключения. Если регулировка проведена успешно, то верхняя половина второго слоя обмотки будет иметь довольно-таки высокое напряжение.

Существует еще один способ создать генератор электрического тока. Для этого необходимы следующие элементы: фольга из алюминия, конденсатор с напряжением до 400 вольт, прут металлический, резистор, провода, лист ДСП. Процесс создания совсем несложный. Первым делом нужно забить прут в землю. Далее закрепить один конец провода к пруту, второй — к конденсатору. Закрепить фольгу к листу картона или ДСП и подсоединить к проводу, который идет к конденсатору. Запаять ограничительный резистор напрямую к конденсатору.

При самостоятельном изготовлении бестопливного генератора важно соблюдать технику безопасности.

Генератор электрического тока: основные критерии выбора

Оглавление:
Генератор электрического тока: разновидности
Три фактора, влияющие на качество эксплуатации электрогенераторов

Обеспечить бесперебойное электрическое питание в загородном доме, даже при наличии проходящих рядом электрокоммуникаций, не так уж и просто. Бесконечные аварии и профилактические отключения препятствуют этому, делая проживание в доме, как минимум, некомфортным. Исправить такое положение дел можно только с помощью специального оборудования под названием генератор электрического тока. Именно о нем и пойдет речь в этой статье, в которой вместе с сайтом stroisovety.org мы подробно изучим его разновидности и определимся с основными критериями выбора.

Генератор электрического тока фото

Генератор электрического тока: разновидности

В зависимости от вида источника энергии, необходимого для получения электричества, все генераторы электроэнергии разделяются на дизельные, бензиновые, газовые и ветровые. В свою очередь, все они могут вырабатывать или постоянный электрический ток, или переменный. Именно на эти критерии в большей степени нужно опираться, отвечая на вопрос, как выбрать электрогенератор?

Электрический бензиновый генератор благодаря своей невысокой стоимости и простой эксплуатации получил наиболее широкое распространение. Его конструкция включает в себя бензиновый двигатель и генератор электрического тока, соединенные между собой. У этих электрогенераторов расход бензина в среднем составляет от 1 до 2,5л за час работы. Их недостатком является небольшой суточный ресурс работы – до 12-ти часов. Бензиновый электрогенератор не подходит для постоянного электроснабжения, а вот в качестве временного источника питания лучше, чем он, не придумаешь.

Генератор электрический бензиновый фото

Дизельный электрический генератор, в сравнении с бензиновым, имеет немного больший ресурс работы, да и расход топлива у него намного ниже. Он мощнее и способен снабдить электроэнергией даже большой дом. Расход топлива составляет примерно 2-3л в час. Все дизель генераторы оснащаются предохранителями и всевозможными защитами. Изначально его конструкция предусматривает длительную и бесперебойную эксплуатацию.

Генератор электрический дизельный фото

Газовый бытовой электрогенератор – хорошая альтернатива дизельному. Он способен работать как от сжатого газа в баллонах, так и от газопровода. Работая на сжиженном газе, такой агрегат способен поглощать топлива в 2 раза меньше по сравнению с предыдущими своими «коллегами» по цеху, а на газе из магистрали – в 17 раз. Газовый электрогенератор имеет моторесурс, как минимум, на 30% превышающий ресурс дизельного и бензинового генераторов вместе взятых. Да и срок их эксплуатации намного дольше – это связано непосредственно с используемым топливом.

Ветроэлектрогенератор – это вообще источник экологически чистой и практически бесплатной электроэнергии. Однако здесь есть одно «но» – современные ветрогенераторы имеют большие размеры и высокую стоимость. Альтернативой могут служить солнечные батареи. Тоже стоят не дешево, но крыша, сделанная из солнечных батарей, способна снабдить энергией весь дом и участок.

Ветроэлектрогенератор для дома фото

Три фактора, влияющие на качество эксплуатации электрогенераторов

На что нужно обратить внимание при выборе электрогенератора? Это три основные вещи – мощность, вид нагрузки и вид используемого топлива.

1. Мощность электрогенератора. Чтобы правильно подобрать этот параметр генератора, нужно рассчитать суммарную мощность, потребляемую всеми электроприборами вашего дома. Нужно взять во внимание то, что нагрузка от потребителей бывает двух видов: это активная (лампочка, бытовые электроприборы, не имеющие электродвигателей) и реактивная (холодильник, кондиционер, насос, сварочный аппарат, болгарки, дрели, в общем, все потребители, имеющие электрические двигатели или высокий пусковой ток).

Чтобы рассчитать полную мощность потребителей, нужно подсчитать суммарную мощность с учетом всех коэффициентов и небольшого запаса. Примерно это выглядит так.

Рполная = Р1xК1+Р2xК2+ … +РnxКn.
Где K – коэффициент, учитывающий пусковую мощность потребителя.
Коэффициент активной нагрузки для бытовых электроприборов составляет 1-1,3. Для электрических потребителей с реактивной составляющей этот коэффициент условно принимается равным 3.

Электрогенератор газовый бытовой фото

Сумма всех вместе взятых нагрузок и будет определять мощность необходимой вам электростанции, плюс 15% нужно заложить «про запас», поскольку со временем количество электрооборудования имеет свойство увеличиваться. Многие потребители (приборы, в цепь которых включены асинхронные электродвигатели, например, холодильники, электроинструменты) при пуске могут потреблять намного больше электроэнергии, чем указанная в паспортных данных мощность. Если речь идет о дизельной электростанции с заведомо большим запасом мощности, помните, что минимально допустимая нагрузка не может быть меньше 30% мощности электрического генератора.

Бытовой электрогенератор фото

2. Вид нагрузки на электрогенератор. Всем нам известно, что напряжение в сети может быть 220В (230В) и 380В (400В). Бытует мнение, что трехфазные (380В) бытовые электрогенераторы предпочтительнее в виду своей универсальности. Они могут выдавать в сеть как 380В, так и 230В. Но если в ваши планы не входит подключение трехфазных потребителей, то лучше остановиться на однофазной (230В) электростанции.

Электростанция мощностью 6кВт/400В выдает на каждую фазу по 2 кВт, этого может оказаться мало для работы вашего оборудования. В таком случае придется учесть данный нюанс при монтаже электропроводки (часть потребителей посадить на одну фазу, еще часть на другую).

Как выбрать электрогенератор для дома или дачи

3. Используемое топливо. Что выбрать? Дизельную электростанцию или бензогенератор? Бытует мнение, что при потребляемой мощности более 6-8кВт лучше остановиться на дизельном агрегате. Если провести сравнительный анализ бензиновых и дизельных установок одного класса, то можно прийти к выводу, что их надежность практически одинакова. Существенная разница заключается только в их стоимости и стоимости энергоносителя.

С этой точки зрения наиболее выгодными будут газовые электрогенераторы. А если разобраться еще подробнее, то бестопливная энергетика окажется куда более привлекательной. Тут уж выбор за вами. В любом случае, генератор электрического тока, выбранный для использования в конкретных условиях, окажется полезным приобретением.

Автор статьи Александр Куликов

Электрогенератор — это… Что такое Электрогенератор?

Электрогенераторы в начале XX века

Электри́ческий генера́тор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

История

До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой. Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:

• Электростатическую индукцию
• Трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков

По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.

Динамо-машина Йедлика

В 1827 венгр Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершен между 1852 и 1854) и стационарная и вращающаяся части были электромагнитные. Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора. Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.

Диск Фарадея

Диск Фарадея

В 1831—1832 Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток.

Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле. Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска. Позднее в униполярный генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких, распределенных по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.

Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.

Однако, последние достижения (редкоземельные магниты), сделали возможными униполярные двигатели с магнитом на роторе, и должны внести много усовершенствований в старые конструкции.

Динамо-машина

Основная статья Динамо-машина

Динамо-машина стала первым электрическим генератором, способным вырабатывать мощность для промышленности. Работа динамо-машины основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первая динамо-машина была построена Hippolyte Pixii в 1832.

Пройдя ряд менее значимых открытий динамо-машина стала прообразом из которого появились дальнейшие изобретения, такие как двигатель постоянного тока, генератор переменного тока, синхронный двигатель, роторный преобразователь.

Динамо-машина состоит из статора, который создает постоянное магнитное поле, и набора вращающихся обмоток, вращающихся в этом поле. На маленьких машинах постоянное магнитное поле могло создаваться с помощью постоянных магнитов, у крупных машин постоянное магнитное поле создается одним или несколькими электромагнитами, обмотки которых обычно называют обмотками возбуждения.

Большие мощные динамо-машины сейчас можно редко где увидеть, из-за большей универсальности использования переменного тока на сетях электропитания и электронных твердотельных преобразователей постоянного тока в переменный. Однако до того, как был открыт переменный ток, огромные динамо-машины, вырабатывающие постоянный ток, были единственной возможностью для выработки электроэнергии. Сейчас динамо-машины являются редкостью.

Другие электрические генераторы, использующие вращение

Без коммутатора динамо-машина является примером генератора переменного тока. С электромеханическим коммутатором динамо-машина классический генератор постоянного тока. Генератор переменного тока должен всегда иметь постоянную частоту вращения ротора и быть синхронизирован с другими генераторами в сети распределения электропитания. Генератор постоянного тока может работать при любой частоте ротора в допустимых для него пределах но вырабатывает постоянный ток.

МГД генератор

Магнитогидродинамический генератор напрямую вырабатывает электроэнергию из энергии движущейся через магнитное поле плазмы без использования вращающихся частей. Разработка генераторов этого типа началась потому, что на выходе его высокотемпературные продукты сгорания, которые можно использовать для нагрева пара в парогазовых электростанциях и таким образом, повысить общий КПД.

Классификация

Электромеханические индукционные генераторы

На сегодняшний день наиболее распространённым типом является индукционный электромеханический генератор. Абсолютное большинство тепловых, гидравлических, ветряных, атомных, приливных, геотермальных электростанций, а так же некоторые солнечные используют этот тип генератора.

Электромеханический генера́тор — это электрическая машина, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.

— устанавливает связь между ЭДС и скоростью изменения магнитного потока пронизывающего обмотку генератора.

Классификация электромеханических генераторов

• По типу первичного двигателя:
• По виду выходного электрического тока
  • Генератор постоянного тока
    • Коллекторные генераторы
    • Вентильные генераторы
  • Генератор переменного тока
    • Однофазный генератор
    • Трёхфазный генератор
      • С включением обмоток звездой
      • С включением обмоток треугольником
• По способу возбуждения
  • С возбуждением постоянными магнитами
  • С внешним возбуждением
  • С самовозбуждением
    • С последовательным возбуждением
    • С параллельным возбуждением
    • Со смешанным возбуждением

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

Бензиновая электростанция — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 10 октября 2018; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 10 октября 2018; проверки требует 1 правка. Установки генераторные бензиновые инверторные: слева — мощностью 900 Вт, справа — мощностью 1700 Вт.

Бензи́новые электроста́нции — компактные автономные силовые установки для производства электрической энергии. Используются в качестве основного или резервного источника электроснабжения. Виды генераторов:

• инверторные портативные бензиновые генераторы мощностью до 1 кВт — могут выполняться в виде небольшого чемоданчика, удобного для домашнего использования или при транспортировке, используются при малой интенсивности потребления электроэнергии в домашних или загородных условиях;
• инверторные бензиновые генераторы мощностью до 6 кВт — могут выполняться в виде моноблока с колёсиками для удобства в транспортировке или вмонтированные в раму, используются при средней интенсивности энергопотребления и как резервные источники при недолговременных перебоях в электроснабжении;
• бензиновые генераторы мощностью 10 кВт — для интенсивной эксплуатации в профессиональных целях.

В качестве основного элемента при производстве бензиновых электростанций используются бензиновые двигатели.

В СССР бензиновые электростанции выполнялись на базе агрегатов бензиноэлектрических типа АБ

В настоящее время широко распространены бензогенераторы с двигателями таких производителей, как Honda, Matari, Geko, Eisemann, SDMO, GMGen Power Systems, Gesan, Mitsui Power и др.

Миниэлектростанции используются при наличии потребности в источнике электроснабжения небольшой мощности. Благодаря относительно небольшому весу и габаритам миниэлектростанции мощностью до 5 кВА достаточно мобильны и позволяют легко переносить их с места на место, при этом возможна и стационарная установка.

Миниэлектростанции на базе бензиновых дигателей называют бензогенераторы или бензиновые электростанции. Мощность бензогенератора обычно не превышает 20 кВА, получение больших мощностей теряет экономическую целесообразность из-за более низкого ресурса и высокой стоимости топлива, относительно дизельных электростанций.

В бензогенераторах используются двухтактные или четырёхтактные бензиновые двигатели внутреннего сгорания воздушного охлаждения с частотой вращения 3000 об/мин (иногда и 6000 об/мин). Также двигатели бывают с верхним или нижним расположением клапанов. Повышенной надежностью обладают четырехтактные двигатели с верхним расположением клапанов, частотой вращения коленвала 1500 об/мин и жидкостным охлаждением двигателя (масло, тосол или антифриз). Моторесурс таких станций может достигать 30.000 моточасов (до капитального ремонта двигателя).

Генераторные установки, снабжённые электрическим стартером, возможно также оборудовать различными устройствами автоматического запуска и слежения.

Для уличной установки бензиновых генераторов осуществляют доработку шумопоглощающих кожухов, обеспечивают подогрев жизненно важных систем бензиновых генераторов, а также изготовляют специальные контейнеры, внутреннее пространство которых полностью отвечает всем требованиям к помещению для установки бензиновой электростанции. Существующие типовые решения для изготовления контейнерных электростанций, а также возможность удовлетворения индивидуальных требований позволяют изготовить контейнер для практически любой генераторной установки.

Контейнеры делятся на:

• микроконтейнеры с мощностью генераторной установки до 15 кВа;
• миниконтейнеры с мощностью генераторной установки до 200 кВа;
• полноразмерные контейнеры, исполняемые на базе морских контейнеров 10-40 футов.

Бензиновая электростанция, смонтированная в контейнере «Север», может использоваться в суровых погодных условиях, при температуре воздуха до −30 °C, и до −60 °C при наличии специальных систем подогрева. Также возможно антивандальное исполнение контейнерной генераторной установки.

Генератор сигналов — Википедия

Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический и т. д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например, усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра).

• По форме выходного сигнала:

Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица

• По частотному диапазону:
  • Низкочастотные
  • Высокочастотные
• По принципу работы:
• По назначению:

Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.

Генераторы гармонических колебаний[править | править код]

Блок схема генератора

Генератор гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Термин положительная обратная связь означает, что фазовый сдвиг в петле обратной связи близок к 2π{\displaystyle 2\pi }, т. е. цепь обратной связи не инвертирует сигнал.

LC-генератор с перекрёстными связями. В этом генераторе синусоидальность выходного сигнала обеспечивается колебательным контуром в стоках транзисторов.

Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний с малыми искажениями синусоиды являются:

1. петлевой сдвиг фазы равен 360°,
2. обратная связь резонансная или квазирезонансная, как, например, в генераторе с мостом Вина, или сам усилитель является частотноизбирательным (резонансным).
3. петлевое усиление точно равно 1,
4. рабочая точка усилительного каскада находится на его линейном или приблизительно линейном участке.

Пояснения необходимости 2-го и 3-го условий.

Если петлевое усиление ниже 1 — то колебания затухают. Если петлевое усиление больше 1 — то колебания нарастают до физического ограничения, так, амплитуда выходного напряжения усилителя не может быть больше напряжения питания^[4], при таком ограничении форма синусоидального напряжения искажается.

Примером структур с положительной обратной связью может служить мультивибратор, или иные релаксационные генераторы, но в таких схемах применены частотно-неизбирательные обратные связи и усилители, поэтому генерируемые ими колебания далеки от синусоидальных.

В 1887 году Генрих Герц на основе катушки Румкорфа изобрёл и построил искровой генератор электромагнитных волн.

В 1913 году Александр Мейснер (Германия) изобрёл электронный генератор Мейснера на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром в выходной (анодной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.^[5]

В 1914 году Эдвин Армстронг (США) запатентовал электронный генератор на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром во входной (сеточной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.

В 1915 году американский инженер из Western Electric Company Ральф Хартли, разработал ламповую схему известную как генератор Хартли, известную также как индуктивная трёхточечная схема («индуктивная трёхточка»). В отличие от схемы А. Мейсснера, в ней использовано автотрансформаторное включение контура. Рабочая частота такого генератора обычно выше резонансной частоты контура.

В 1919 году Эдвин Колпитц изобрёл генератор Колпитца на электронной лампе с подключением к колебательному контуру через ёмкостной делитель напряжения, часто называемый «ёмкостная трёхточка».

В 1932 году американец Гарри Найквист разработал теорию устойчивости усилителей, которая также применима и для описания устойчивости генераторов. (Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова).

Позже было изобретено множество других электронных генераторов.

Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного каскада по постоянному току и устойчивость генератора по переменному току.

Фазовый анализ генератора Мейснера[править | править код]

Генераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка» могут быть построены как на инвертирующих каскадах (с общим катодом, с общим эмиттером), так и на неинвертирующих каскадах (с общей сеткой, с общим анодом, с общей базой, с общим коллектором).

Каскад с общим катодом (с общим эмиттером) сдвигает фазу входного сигнала на 180°. Трансформатор, при согласном включении обмоток, сдвигает фазу ещё на приблизительно 180°. Суммарный петлевой сдвиг фазы составляет приблизительно 360°. Запас устойчивости по фазе максимален и равен почти ± 90°. Таким образом генератор Мейснера относится, с точки зрения теории автоматического управления (ТАУ), к почти идеальным генераторам. В транзисторной технике каскаду с общим катодом соответствует каскад с общим эмиттером.

Фазовый анализ LC-генератора с СR положительной обратной связью[править | править код]

LC-генераторы на каскаде с общей базой наиболее высокочастотны, применяются в селекторах каналов почти всех телевизоров, в гетеродинах УКВ приёмников. Для гальванической развязки в цепи положительной обратной связи с коллектора на эмиттер стоит CR-цепочка, которая сдвигает фазу на 60°. Генератор работает, но не на частоте свободных колебаний контура, а на частоте вынужденных колебаний, из-за этого генератор излучает две частоты: большую — на частоте вынужденных колебаний и меньшую на частоте свободных колебаний контура. При первой итерации две частоты образуют четыре: две исходные и две суммарноразностные. При второй итерации четыре частоты производят ещё большее число суммарноразностных частот. В результате, при большом числе итераций получается целый спектр частот, который в приёмниках смешивается с входным сигналом и образует ещё большее число суммарноразностных частот. Затем всё это подаётся в блок обработки сигнала. Кроме этого, запас устойчивости работы по фазе этого генератора составляет +30°. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом применяют частичное включение контура через ёмкостной делитель, но при этом происходит дополнительный перекос фазы. При одинаковых ёмкостях дополнительный перекос фазы составляет 45°. Суммарный петлевой сдвиг фазы 60°+45°=105° оказывается больше 90° и устройство попадает из области генераторов в область дискриминаторов, генерация срывается. При оптимально рассчитанном емкостном делителе запас устойчивости по фазе составляет менее 30°.

Генератор Мейснера на каскаде с общей базой, с частичным включением контура без перекоса фазы.

Если в «ёмкостной трёхточке» на каскаде с общей базой в цепи положительной обратной связи вместо CR-цепочки включить трансформатор со встречным включением обмоток, то петлевой сдвиг фазы составит около 360°. Генератор станет почти идеальным. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом и не внести дополнительного перекоса фазы, нужно применить частичное включение контура без дополнительного перекоса фазы через два симметричных отвода от катушки индуктивности. Такой генератор излучает одну частоту и имеет наибольший запас устойчивости по фазе (± 90°).

Далеко не полный список устройств, в которых применяются генераторы сигналов:

• Устройства связи — радиоприемники (гетеродин в супергетеродинных радиоприёмниках), телевизионные приемники, мобильные телефоны, приёмопередатчики, аппаратура передачи данных и др.
• Цифровая и вычислительная техника обязательно содержит генератор тактовых импульсов.
• Импульсные источники питания, инверторы, источники бесперебойного электропитания.
• Измерительные приборы — осциллографы, измерительные вольтметры, амперметры и др.
• Медицинское оборудование — электрокардиографы, томографы, рентгенографы, электронные тонометры, аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ), физиотерапевтические приборы и др.
• Эхолоты.
• Бытовая техника — программируемые стиральные машины, СВЧ-печи, посудомоечные машины и др.

Устройства, имеющие в своём составе генератор сигналов, потенциально способны создавать электромагнитные помехи другим электронным устройствам, поэтому при их разработке и эксплуатации приходится учитывать вопросы электромагнитной совместимости.

• Шамшин И. Г., История технических средств коммуникации. Учеб. пособие., 2003. Дальневосточный Государственный Технический Университет.

Дизельная электростанция — Википедия

Судовая дизель-генераторная установка Переносные дизель-генераторы с воздушным охлаждением Электроагрегат на шасси грузовика Электроагрегат на автомобильном прицепе Электроагрегат может буксироваться малотоннажным грузовиком

Ди́зельная электроста́нция (дизель-генераторная установка, дизель-генератор) — стационарная или подвижная энергетическая установка, оборудованная одним или несколькими электрическими генераторами с приводом от дизельного двигателя внутреннего сгорания. Существуют также электростанции с приводом от бензинового двигателя — бензиноэлектрический агрегат или бензиновая электростанция и газопоршневые электростанции.

Следует учитывать, что термины дизельная электростанция, дизельэлектрический агрегат и дизель-генератор не являются синонимами:

• дизель-генератор — устройство, состоящее из конструктивно объединённых дизельного двигателя и генератора;
• дизельэлектрический агрегат в свою очередь включает в себя дизель-генератор, а также вспомогательные устройства: раму, приборы контроля, топливный бак;
• дизельная электростанция — это стационарная или передвижная установка на базе дизельэлектрического агрегата, дополнительно включающая в себя устройства для распределения электроэнергии, устройства автоматики, пульт управления.

Как правило, такие электростанции объединяют в себе генератор переменного тока и двигатель внутреннего сгорания, которые установлены на стальной раме, а также систему контроля и управления установкой. Двигатель внутреннего сгорания приводит в движение синхронный или асинхронный электрический генератор. Соединение двигателя и электрического генератора производится либо напрямую фланцем, либо через демпферную муфту. В первом случае используется двухопорный генератор, то есть генератор, имеющий два опорных подшипника, а во втором — с одним опорным подшипником (одноопорный).

Дизельные электростанции различаются по выходной электрической мощности, виду тока (переменный трёхфазный/однофазный, постоянный), выходному напряжению, а также частоте тока (например, 50, 60, 400 Гц).

Также дизельные электростанции разделяют по типу охлаждения дизельного двигателя, воздушному или жидкостному. Электростанции с дизельным двигателем жидкостного охлаждения — это агрегаты больших мощностей и размеров.

По назначению[править | править код]

• Передвижные — электростанции мощностью, как правило, до 1000 кВт. Применяются в качестве переносного (портативные) или резервного источника электроснабжения. Зачастую представлены в специальном шумозащитном кожухе или контейнере со стандартными (разрешенными) транспортировочными габаритами.
• Стационарные (промышленные) — электростанции, любой мощности и типа, интегрированные в единую систему энергокомплекса.

По конструктивному исполнению[править | править код]

• Открытого исполнения — базовое исполнение электростанции, предназначено для размещения электроустановки в специально оборудованном помещении.
• В шумозащитном кожухе — для установки в помещение или на улице при наличии требований к снижению шума.
• Контейнерные — монтаж электростанции в блок-контейнер осуществляется для эксплуатации установки в тяжелых климатических условиях и повышенной вандалозащищённости.
• Электростанция может быть установлена в фургон, машину или на шасси. Таким образом, она приобретает статус мобильной электростанции.

По роду тока[править | править код]

Маломощные дизельные электростанции вырабатывают, как правило, однофазный переменный ток напряжением 220 В и/или трёхфазный напряжением 380 В.

Трёхфазные электростанции имеют более высокий КПД за счёт более высокого КПД генератора переменного тока.

Переносные дизельные электростанции с встроенным выпрямителем (инвертором) могут иметь дополнительный выход постоянного тока напряжением 12-14 вольт, например, для зарядки аккумуляторов.

Мощные дизельные электростанции вырабатывают трёхфазный ток:

• низковольтные — с напряжением до 1 кВ;
• высоковольтные — с напряжением более 1 кВ (6,3 кВ, 10 кВ).

Если необходимо передавать электроэнергию, выработанную низковольтными электростанциями, на значительные расстояние по линиям электропередачи, напряжение повышается на электрических подстанциях до 6,3 кВ или 10,5 кВ.

По типу генератора переменного тока[править | править код]

Синхронный генератор переменного тока

Так как частота переменного тока синхронного генератора определяется числом оборотов ротора (двигателя), то дизельная электростанция должна иметь механизм, обеспечивающий постоянное число оборотов дизельного двигателя независимо от нагрузки (генерируемой электрической мощности). Частота переменного тока синхронного генератора будет: f=n60{\displaystyle f={\frac {n}{60}}}, где f{\displaystyle f} — частота в герцах; n{\displaystyle n} — число оборотов ротора в минуту.

Если генератор имеет число пар полюсов p{\displaystyle p}, то соответственно этому частота электродвижущей силы такого генератора будет в p{\displaystyle p} раз больше частоты электродвижущей силы двухполюсного генератора: f=pn60{\displaystyle f=p{\frac {n}{60}}}.

ЭДС синхронного генератора регулируется изменением тока возбуждения.

Асинхронный генератор переменного тока

Асинхронный генератор может генерировать переменный ток произвольной, нестандартной частоты (значительно отличающейся, например, от используемой в промышленности и быту частоты 50 Гц). Переменный ток после выхода из генератора подвергается выпрямлению, затем получившийся постоянный ток инвертор преобразует в переменный ток с параметрами, определяемыми стандартом. Следует отметить, что недорогие модели инверторов имеют на выходе переменный ток несинусоидальной формы, обычно прямоугольные импульсы или модифицированная синусоида.

ЭДС асинхронного генератора регулируется изменением числа оборотов двигателя и изменением тока возбуждения (если предусмотрено конструкцией генератора).

Асинхронные генераторы без встроенной системы «стартового усиления» плохо переносят длительные перегрузки, в отличие от синхронных.

Сварочные агрегаты[править | править код]

Особой разновидностью дизельных и бензиновых электростанций следует считать сварочные агрегаты, генерирующие постоянный или переменный ток для электродуговой сварки. Выходное электрическое напряжение относительно низкое (около 90 вольт), однако сила тока велика, электрические генераторы не боятся коротких замыканий.

Такие электростанции и установки применяются в качестве основных, резервных или аварийных источников электроэнергии для потребителей одно- или трёхфазного переменного тока, для электропитания тепловозов, карьерных самосвалов, подводных лодок и другой техники, используют в малой энергетике, для энергообеспечения вахтовых посёлков, производств, установок связи и т. д., в качестве железнодорожных электростанций и энергорезервирования, в системе аварийного снабжения компьютерных сетей, потребителей собственных нужд на атомных и тепловых электростанциях, и других стратегических объектов, включенных совместно с ИБП^[1]

Первые передвижные дизельные электростанции в СССР были спроектированы в ПКБ Мосэнерго (Мосэнергопроект) для восстановления нарушенного электроснабжения и для энергоснабжения перебазированных промышленных предприятий в новых районах во время Великой Отечественной войны Народный Комиссариат Электростанций СССР предложил Мосэнерго изготовить передвижные тепловые электростанции, используя демонтируемое, бывшее в работе оборудование. Передвижные электростанции-энергопоезда собирались на Фрунзенской ТЭЦ. Готовые энергопоезда мощностью 500—1500 кВт отправлялись в освобождённые города, где они обеспечили электроснабжение аварийно-восстановительных работ.

Униполярный генератор — Википедия

Униполярный генератор — разновидность электрической машины постоянного тока. Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1 токосъёмник на оси диска и 2-й токосъёмник у края диска.

Диск Фарадея, первый униполярный генератор

В классическом представлении, на электроны, находящиеся в диске, действует сила Лоренца:

F=q(E+[v×B]){\displaystyle \mathbf {F} =q\left(\mathbf {E} +[\mathbf {v} \times \mathbf {B} ]\right)} (в СИ)

В режиме холостого хода (без нагрузки), генератор создаёт на выходных контактах напряжение Uxx{\displaystyle U_{xx}}. При этом электроны в цепи не движутся^[1], поэтому сила Лоренца, записанная ранее, равна нулю^[2]. Но второе слагаемое^[3] в силе Лоренца, пропорциональное векторному произведению напряжённости магнитного поля и скорости перемещения электрона вместе с проводником, не равно нулю. Получается, первое слагаемое компенсирует второе. В результате, при вращении диска возникает напряжённость электрического поля, которую можно рассчитать, выразив её из уравнения для силы Лоренца:

Exx=−Ω⋅r⋅B{\displaystyle \mathbf {E_{xx}} =-\mathbf {\Omega } \cdot \mathbf {r} \cdot \mathbf {B} } (в СИ)

где Ω⋅r{\displaystyle \mathbf {\Omega } \cdot \mathbf {r} } это угловая скорость помноженная на радиус (расстояние от оси диска до рассматриваемого участка диска), то есть это линейная скорость рассматриваемого участка диска. Чем дальше от оси вращения, тем больше напряжённость электрического поля в рассматриваемом участке диска.

Разность потенциалов, или, иначе говоря, напряжение, интегрируется из напряжённости. Получается: Uxx=ΩR2B2{\displaystyle U_{xx}={\frac {\mathbf {\Omega } \mathbf {R} ^{2}\mathbf {B} }{2}}} в вольтах, где R это радиус диска.

Диск Фарадея[править | править код]

В 1831 году Майкл Фарадей, открыв закон электромагнитной индукции, помимо прочих экспериментов, построил наглядное устройство преобразования механической энергии в электрическую — диск Фарадея. Это было чрезвычайно неэффективное устройство, однако оно имело значительную ценность для дальнейшего развития науки.

Закон электромагнитной индукции, сформулированный Фарадеем, рассматривал проводящий контур, пересекающий линии магнитного поля. Однако в случае диска Фарадея магнитное поле было направлено вдоль оси вращения, контур относительно поля не перемещался. Наибольшее же удивление вызвал тот факт, что вращение магнита вместе с диском также приводило к появлению ЭДС в неподвижной внешней цепи. Так появился парадокс Фарадея, разрешённый только через несколько лет после его смерти с открытием электрона — носителя электрического заряда, движение которого обуславливает электрический ток в металлах.

Наглядно видимая парадоксальность униполярной индукции выражается следующей таблицей, в которой описаны различные комбинации из вращения и неподвижности частей установки, и восклицательным знаком отмечен результат, интуитивно не объяснимый — возникновение тока в неподвижной внешней цепи при одновременном вращении диска и закреплённого вместе с ним магнита.

магнит	диск	внешняя цепь	есть ли напряжение?
неподвижен	неподвижен	неподвижен	отсутствует
неподвижен	вращается	неподвижен	Есть
неподвижен	неподвижен	вращается	Есть
неподвижен	вращается	вращается	отсутствует
вращается	неподвижен	неподвижен	отсутствует
вращается	вращается	неподвижен	Есть (!)
вращается	неподвижен	вращается	Есть
вращается	вращается	вращается	отсутствует

Униполярная индукция – релятивистский эффект, в котором ясно проявляется относительный характер деления электромагнитного поля на электрическое и магнитное.^[4]

Патенты и некоторые практические конструкции[править | править код]

• Charles E. Ball (US238631; March 1881), en:Sebastian Ziani de Ferranti, en:Charles Batchelor получили самые ранние известные патенты на конструкции униполярных генераторов.
• Никола Тесла (U.S. Patent 406 968) разработал конструкцию, в которой вращались на параллельных осях два диска в разных по направлению магнитных полях связаные металлическим ремнём.
• В 1989 году в Австралии действовал униполярный генератор, вырабатывавший ток 1500 кА при напряжении 800 В.

Генератор для рельсотрона[править | править код]

Такие положительные свойства униполярных генераторов, как простота, надёжность и стоимость, проявляются в основном в применениях, где необходимо получить низкие напряжения (порядка 10 вольт) при высоком токе.^[5] Одним из таких применений стал генератор для рельсотрона. Так, по инициативе Марк Олифанта, в австралийской национальной лаборатории был построен крупный униполярный генератор, ставший надёжным источником мегаамперных импульсов для рельсотрона, а позже он использовался в токамаке LT4 для возбуждения плазмы.^[6]

Физика плазмы, МГД генераторы[править | править код]

Астрофизика[править | править код]

Наиболее существенной сферой современного применения представления об униполярном генераторе является астрофизика. В ряде звёздных систем в космосе наблюдаются природные магнитные поля и проводящие диски из плазмы, поведение которых как бы повторяет опыты Фарадея и Теслы.

Псевдонаучное шарлатанство[править | править код]

Данный тип электрических машин неоднократно использовался для построения вечного двигателя, источника даровой энергии и тому подобных мистификаций.

Наиболее известна история так называемой «N-машины» Брюса де Пальма (2 октября 1935 — октябрь 1997), который декларировал, что в его конструкции произведённая диском Фарадея энергия будет в пять раз больше, чем затраченная на его вращение. Однако в 1997 году, уже после смерти Брюса де Пальма, построенный экземпляр его машины был официально испытан с отрицательным результатом. Произведённая энергия рассеивалась в виде тепла, и величина её не превышала затраченной.

Основой для таких спекуляций служит неверное понимание известного «парадокса Фарадея» и представление о том, что разрешение этого «парадокса» кроется в каких-то особых полях и свойствах пространства (например, «торсионных»), а также утверждение о том, что в униполярных генераторах отсутствует обратная ЭДС, противодействующая вращению при замыкании тока через нагрузку.

Также встречаются конструкции «униполярных генераторов» и двигателей, авторы которых рекламируют колоссальный выигрыш по сравнению с традиционными электрическими машинами.

Также муссируется буквальное («однополюсный») понимание неверно применённого к данному классу устройств термин «униполярный» (homopolar). На самом деле эти устройства следовало бы правильнее называть «устройствами однородного магнитного поля, постоянного тока и некоммутируемого соединения ротора», так как в прочих электрических машинах используется и/или неоднородное магнитное поле и/или переменный ток и/или коммутация частей обмотки ротора.

Дополнительные сложности при объяснении работы униполярных электрических машин вызывает представление о движении носителей заряда, электронов, в частности термин «скорость». Во-первых, сразу возникает вопрос о том, скорость относительно чего мы рассматриваем в данном случае. Во-вторых, ознакомление невнимательного энтузиаста со специальной теорией относительности может привести его к запутывающему жонглированию понятиями «наблюдатель», «скорость» и тому подобными.