Как работает электрогенератор

Электрогенератор – один из составляющих элементов автономной электростанции, а также многих других. По сути, он и является самым важным элементом, без которого невозможна выработка электрической энергии. Электрогенератор преобразует вращательную механическую энергию в электрическую. Принцип его действия основан на так называемом явлении самоиндукции, когда в проводнике (катушке), двигающемся в силовых линиях магнитного поля возникает электродвижущая сила (ЭДС), которую можно (для лучшего понимания вопроса) назвать электрическим напряжением (хотя это и не одно и то же).

Составными частями электрического генератора являются магнитная система (в основном используются электромагниты) и система проводников (катушек). Первая создает магнитное поле, а вторая, вращаясь в нем, преобразует его в электрическое. Дополнительно в генераторе есть еще и система отвода напряжения (коллектор и щетки, соединение катушек определенным образом). Она собственно связывает генератор с потребителями электрического тока.

Получить электроэнергию можно и самому, проведя самый простейший опыт. Для этого нужно взять два разнополюсных магнита или повернуть два магнита разными полюсами друг к другу, и поместить между ними металлический проводник в виде рамки. К ее концам подключить небольшую (слабомощную) электрическую лампочку. Если рамку начать вращать в ту или другую сторону, лампочка начнет светится, то есть на концах рамки появилось электрическое напряжение, а через ее спираль потек электрический ток. Точно также происходит в электрогенераторе, стой лишь разницей, что в электрогенераторе более сложная система электромагнитов и намного сложнее катушка из проводников, обычно медных.

Электрогенераторы различаются как по типу привода, так и по виду выходного напряжения. По типу привода, который приводит его в движение:

• Турбогенератор – приводится в движение при помощи паровой турбины или газотурбинного двигателя. В основном используются на больших (промышленных) электростанциях.
• Гидрогенератор – приводится в движение при помощи гидравлической турбины. Применяется также на больших электростанциях, работающих посредством движения речной и морской воды.
• Ветрогенератор – приводится в движение при помощи энергии ветра. Используется как в маленьких (частных) ветряных электростанциях, так и в больших промышленных.
• Дизель-генератор и бензо-генератор приводятся в движение соответственно дизельным и бензиновым двигателем.

По виду выходного электрического тока:

• Генераторы постоянного тока – на выходе получаем постоянный ток.
• Генераторы переменного тока. Бывают однофазные и трехфазные, с однофазным и трехфазным выходным переменным током соответственно.

Различные типы генераторов имеют свои конструктивные особенности и практически несовместимые узлы. Объединяет их лишь общий принцип создания электромагнитного поля путем взаимного вращения одной системы катушек относительно другой либо относительно постоянных магнитов. Ввиду этих особенностей ремонт генераторов или их отдельных компонентов под силу только квалифицированным специалистам.

< Предыдущая		Следующая >

Электрический генератор. Основное оборудование электрических станций и подстанций.

Основное оборудование электрических станций и подстанций

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

История изобретения генератора электрического тока

Русский ученый Э.Х.Ленц еще в 1833г. указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если ее питать током, и может служить генератором электрического тока, если ее ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток. Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами. Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863г.

При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866-1867гг. ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

В 1870г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г.А.Пачинотти.

В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км. Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос. Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

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.

Принцип работы любого электрического генератора

Принцип работы любого электрического генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция преобразовывает механическую энергию двигателя (вращение0 в энергию электрическую. Принцип магнитной индукции: если в однородном магнитном поле В равномерно вращается рамка, то в ней возникает, переменная Э.Д.С., частота которой равна частоте вращения рамки. Будем ли мы вращать рамку в магнитном поле, или магнитное поле вокруг рамки, либо магнитное поле внутри рамки, результат будет один — Э.Д.С., изменяющаяся по гармоническому закону.

Вот теперь и поговорим о асинхронном и синхронном генераторе более подробно.

Синхронный электрогенератор

Синхронный электрогенератор — это синхронная машина, работающая в режиме генератора в которой частота вращения магнитного поля статора равна частоте вращения ротора. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. В синхронном генераторе ротор выполнен виде постоянного магнита или электромагнита.

Число полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но кратно двум. В бытовых электростанциях используется, как правило, ротор с двумя полюсами, чем и обусловлена частота вращения двигателя электростанции 3000 об/мин. Ротор, при запуске электростанции, создает слабое магнитное поле, но с увеличением оборотов, увеличивается и ЭДС в обмотке возбуждения. Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки (AVR) поступает на ротор, контролируя выходное напряжение за счет изменения магнитного поля. Например, подключенная индуктивная нагрузка размагничивает генератор и снижает напряжение, а при подключении емкостной нагрузки происходит подмагничивание генератора и повышение напряжения. Это называется «реакцией якоря».

Для обеспечения стабильности выходного напряжения необходимо изменять магнитное поле ротора путем регулирования тока в его обмотке, что и обеспечивается блоком AVR. Преимуществом таких генераторов является высокая стабильность выходного напряжения, а недостатком — возможность перегрузки по току, так как при завышенной нагрузке, регулятор может чрезмерно повысить ток в обмотке ротора. Еще к недостаткам синхронного генератора можно отнести наличие щеточного узла, который рано или поздно придется обслуживать. Благодаря такому способу регулировки, вне зависимости от изменения тока нагрузки и оборотов двигателя электростанции стабильность выходного напряжения генератора остается очень высокой, примерно ±1%.

Асинхронный электрогенератор

Асинхронный электрогенератор — асинхронная машина (двигатель) работающая в режиме торможения, ротор которой вращается с опережением, но в том же направлении что и магнитное поле статора. В зависимости от типа обмотки, ротор может быть короткозамкнутым либо фазным.

Вращающееся магнитное поле, созданное вспомогательной обмоткой статора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке статора, так же как и в синхронном генераторе. Вращающееся магнитное поле остается всегда неизменным и не регулируемо, вследствие чего напряжение и частота на выходе генератора зависит от частоты оборотов ротора, а следовательно от стабильности работы двигателя электростанции.

Несмотря на простоту обслуживания, малую чувствительность к короткому замыканию и невысокую стоимость, асинхронные генераторы применяются достаточно редко, так как имеются ряд недостатков: асинхронный генератор всегда потребляет намагничивающий ток значительной силы, поэтому для его работы необходим источник реактивной мощности (конденсаторы), зависящий от активно-индуктивного характера нагрузки; ненадежность работы в экстремальных условиях; возбуждение асинхронного генератора зависит от случайных факторов и происходит, как правило, при скорости превышающей или равной синхронной; зависимость выходного напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя и т.д.

Устройство генератора

Основными частями любого генератора являются: система магнитов (или, чаще всего, электромагнитов), создающих магнитное поле, и система проводников, пересекающих это магнитное поле. При пропускании магнитного поля через катушку магнитный поток принудит свободные электроны сместиться на концы проводника. Подобное смещение отрицательно заряженных частиц становится источником возникновения электродвижущей силы — ЭДС (напряжение). В результате у генератора при вращении его оси идёт постоянное воздействие магнитного потока на обмотки, на которых и возникает ЭДС.

Составные части генератора:

• коллектор,
• щетки,
• магнитные полюса,
• витки,
• вал,
• якорь.

Принцип действия генератора

Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС. Следовательно, такой проводник можно использовать как источник электрической энергии.

Виды генераторов

• электрогенераторы,
• бензогенераторы,
• дизельгенераторы,
• инверторные генераторы.

Применение

Генераторы используются во многих сферах жизнедеятельности и производства, при различных условиях. Бензогенераторы незаменимы в случае отключения электричества в небольших загородных домах и дачах. Кроме того, их удобно применять в тех местах, где нет электроэнергии (отдаленные районы, горы, леса). Дизельные генераторы применяется в качестве основного или резервного источника электропитания. Инверторные генераторы незаменимы как источник дополнительного питания для электронного оборудования. Такие электростанции исспользуются организациями, использующими различную электронную технику.



Разновидности электрогенераторов и особенности применения

Уютный загородный дом – это мечта любого человека. Однако имея массу преимуществ, загородная недвижимость не лишена и недостатков. Обычно это касается коммунальных сетей, в частности, подачи электроэнергии.

Если строение находится в районе, где электролиния работает нестабильно, возникает вопрос: «Как обеспечить бесперебойную подачу электричества?». Бороться с коммунальными службами бесполезно, поэтому приходится решать проблему своими силами.

Оптимальным вариантом для решения проблемы является электрогенератор. Давайте рассмотрим этот альтернативный источник питания со всех ракурсов.

Как это работает?

Основное назначение электрогенератора, это преобразование механической энергии в электрическую. В основе агрегата лежит двигатель, который работает практически на любом топливе, в зависимости от модели генератора.

Обычно используется бензин, дизтопливо или газ. При сгорании топлива, образуется газообразная смесь, которая приводит в движение поршень. При движении, поршень вращает присоединенный к нему коленвал, который, свою очередь, служит движителем для ведущего вала.

Движущая сила создаёт необходимый контур, и в результате на выходе получается электронапряжение. Так выглядит принцип действия генератора.

Теперь разберём устройство агрегата. Два ключевых элемента механизма – это статор и ротор. Первая деталь является стационарной, и представляет собой медную обмотку с сердечником из мягкого металла. Второй элемент подвижный, он создаёт магнитное поле, которое вырабатывает электрическую энергию.

Кроме того, электрогенераторы для дома обязательно включают в конструкцию регулятор напряжения и охладительную систему. Первый элемент обеспечивает оптимальное напряжение на выходе, второй – защищает механизм от перегревания.

Стандартный ассортимент

Придя в любой магазин, можно обнаружить три базовых разновидности электрогенераторов. Представленные модели различаются типом потребляемого топлива, выходной мощностью и ценой. Давайте разберёмся в этом вопросе более подробно. Итак, виды электрогенераторов.

Дизельные электрогенераторы для дома

Верхняя планка мощности таких агрегатов составляет 40 кВт, при запасе рабочего ресурса до 40 000 мч. Изделия используются в качестве альтернативного или основного источника питания.

Из преимуществ можно выделить экономичность в плане потребляемого топлива, и стабильную работу без скачков напряжения. К недостаткам относится высокий уровень шума и нестабильную работу в условиях минусовых температур.

Бензиновые

Это компактные, переносные аппараты, значительно уступающие по мощности предыдущей модели. Такие изделия дают на выходе до 10 кВт напряжения, работают практически бесшумно и обладают сравнительно невысокой стоимостью.

К недостаткам можно отнести большой расход бензина во время работы, низкий рабочий ресурс (до 3 000 мч), возможные скачки напряжения с частотой амплитуды колебаний до 4%.

Кроме того, бензиновые модели не рассчитаны на постоянную работу. Из достоинств: неприхотливость в обслуживании и невысокая цена изделия.

Газовый генератор

Такие модификации работают на сжиженном или сетевом газе (LPG и NG соответственно). В плане экономии потребляемого топлива, это наиболее оптимальный вариант. Однако стоят газовые электрогенераторы дороже предыдущих моделей.

Кроме того, агрегаты не загрязняют окружающую среду вредными выбросами, способны работать в условиях низких температур. Обратите внимание, что газовое оборудование взрывоопасно, поэтому необходимо соблюдать меры предосторожности.

Стоит отметить, что перечисленные генераторы подразделяются на модели синхронного и асинхронного действия. У асинхронных аппаратов отсутствует обмотка якоря, что снижает цену, но не даёт агрегату возможность справляться с пусковыми нагрузками.

Газовый генератор

То есть, вы не сможете использовать электрооборудование, которое даёт при запуске пиковую нагрузку на электросеть. К таким приборам относятся сварочные аппараты. Высокую мощность при запуске электрооборудования хорошо выдерживают асинхронные устройства.

Но здесь на роторе присутствуют щётки, которые имеют свойство периодически выгорать. Рекомендуем учесть эти особенности при выборе электрогенератора.

Если вы не знаете, какому типу генераторов отдать предпочтение, ориентируйтесь на количество потребляемой энергии. В качестве альтернативного источника питания, на время перебоев с электроэнергией, советуем выбирать бензиновые модели. Для постоянной работы лучше выбрать газовый вариант.

Интересные модели

Помимо базового ассортимента, существуют и довольно интересные модели электрогенераторов. Здесь в качестве источника питания используются другие виды топлива, что может быть выгодно потребителю. Рассмотрим, какие ещё варианты предлагают нам производители.

Водородный

В основе таких изделий лежит реакция водорода и кислорода, которая преобразуется в электрическое напряжение. Выглядит это так: устройство имеет платиновый катализатор (анод), к которому поступает водород.

С другой стороны, находится катод для кислорода. Между этими элементами расположена мембрана из полимерного материала, которая пропускает сквозь себя только частицы с положительным зарядом (ионы). Катализатор расщепляет водород на ионы и электроны (частицы с отрицательным зарядом).

Учитывая, что электроны не могут пройти сквозь мембрану, они отправляются к катоду, образуя на выходе напряжение. Такая схема образует одну ячейку устройства, чем больше таких секций, тем выше мощность генератора.

На дровах

Оригинальной моделью выглядят аппараты, работающие на дровяном топливе. Здесь задействован преобразователь Пельтье, который переводит тепловую энергию в электричество. Дровяные генераторы выдают до 60 Вт мощности.

Генератор на дровах

Этого вполне хватает для нужд среднестатистической семьи. Кроме того, это многофункциональное устройство, подходящее для обогрева площади и приготовления пищи. Выделяемого тепла хватает, чтобы обогреть помещение, площадью до 50 квадратных метров.

Бестопливный

Альтернативные источники энергии, генерирующее электричество без исходного топлива, ещё недавно относились к области фантастики. Теперь такие устройства существуют в реальности, например, генератор «Вега».

Изделие конвертирует электромагнитные импульсы и кинетическую энергию в электрический ток. Конструкция состоит из генератора прямого вращения и внешнего вращающегося ротора. Обратите внимание, что данный электрогенератор рассчитан на непрерывный рабочий цикл.

Бестопливный электрогенератор

Ветряной

По сути, это аналог предыдущей модели, которая работает от силы ветра. Кинетическая энергия преобразуется в электрическую, заряжая встроенный аккумулятор. Современные устройства самостоятельно подстраиваются под подходящий воздушный поток, обеспечивая практически непрерывное вращение.

Ветряной электрогенератор

Модели ветряных генераторов, имеющиеся в продаже, различаются вырабатываемой мощностью и ценой. Выходная мощность варьируется в пределах 3-20 кВт.

Например, чтобы обеспечить электричеством двухкомнатную квартиру и посмотреть телевизор хватает 300 Вт. Поэтому для нужд семьи вполне хватит самой бюджетной модели.

Учитывая представленное разнообразие, подобрать подходящий для ваших нужд электрогенератор не составит труда.

РАССКАЖИ ДРУЗЬЯМ

Вконтакте

Facebook

Twitter

Одноклассники

Похожие статьи:

Принцип работы и устройство электрогенератора

Автор DUNDUK На чтение 5 мин. Опубликовано 13.06.2018

Прежде чем приступать к принципу работы электрогенератора, необходимо хоть немного разобраться с его устройством.

Бытовой электрический генератор состоит из двигателя (силового агрегата) и генератора — узел, преобразующий механическую энергию в электрическую. В бытовых миниэлектростанциях, чаще всего, применяются двигатели внутреннего сгорания — дизельные или бензиновые. Не стоит отдельно выделять газовые электрогенераторы, т.к. они — это доработанный бензиновый генератор.

Электрические генераторы бывают синхронными и асинхронными. Какие хуже, а какие лучше? Из всей литературы, которую мне удалось прочесть в Интернете по этому поводу, я пришел к следующему выводу:

1. Асинхронные электрогенераторы. Они более дешёвые. Данные генераторы обеспечивают поддержание напряжения в сети с высокой точностью, поэтому позволяют подключать к ним аппаратуру, чувствительную к перепадам напряжения (например, медицинское оборудование, другие электронные устройства). Подобные генераторы позволяют подключать к ним электроинструменты и электродвигатели с реактивной мощностью до 30% от номинала Это пожалуй их главные и единственный большие плюсы. Минус — данный генератор во время пуска потребляет кратковременно 1.5-3 кратную мощность. Асинхронный электрогенератор с трудом переносит пиковые перегрузки.
2. Синхронные генераторы выдают потребителю более качественное электричество, чем асинхронные. Также они способны переносить 3-х кратные пусковые перегрузки. В профессиональных и стационарных электростанциях устанавливаются только синхронные генераторы. Синхронные генераторы — менее точны, но, тем не менее, они пригодны для аварийного электропитания офисов, холодильных установок, оборудования загородных домов, дач, строительных объектов. Такие электрогенераторы без проблем справляются с энергоснабжением электроинструментов и электродвигателей с реактивной нагрузкой до 65% от своего номинала.

Что же из себя представляет электрогенератор

   Принцип работы любого электрического генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция преобразовывает механическую энергию двигателя (вращение) в энергию электрическую. Принцип магнитной индукции: если в однородном магнитном поле В равномерно вращается рамка, то в ней возникает, переменная Э.Д.С., частота которой равна частоте вращения рамки. Будем ли мы вращать рамку в магнитном поле, или магнитное поле вокруг рамки, либо магнитное поле внутри рамки, результат будет один — Э.Д.С., изменяющаяся по гармоническому закону.

Вот теперь и поговорим о асинхронном и синхронном генераторе более подробно.

Используйте на своих сайтах и блогах или на YouTube кликер для adsense

Синхронный электрогенератор — это синхронная машина, работающая в режиме генератора в которой частота вращения магнитного поля статора равна частоте вращения ротора. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. В синхронном генераторе ротор выполнен виде постоянного магнита или электромагнита.

Число полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но кратно двум. В бытовых электростанциях используется, как правило, ротор с двумя полюсами, чем и обусловлена частота вращения двигателя электростанции 3000 об/мин. Ротор, при запуске электростанции, создает слабое магнитное поле, но с увеличением оборотов, увеличивается и ЭДС в обмотке возбуждения. Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки (AVR) поступает на ротор, контролируя выходное напряжение за счет изменения магнитного поля. Например, подключенная индуктивная нагрузка размагничивает генератор и снижает напряжение, а при подключении емкостной нагрузки происходит подмагничивание генератора и повышение напряжения. Это называется «реакцией якоря». Для обеспечения стабильности выходного напряжения необходимо изменять магнитное поле ротора путем регулирования тока в его обмотке, что и обеспечивается блоком AVR. Преимуществом таких генераторов является высокая стабильность выходного напряжения, а недостатком — возможность перегрузки по току, так как при завышенной нагрузке, регулятор может чрезмерно повысить ток в обмотке ротора. Еще к недостаткам синхронного генератора можно отнести наличие щеточного узла, который рано или поздно придется обслуживать. Благодаря такому способу регулировки, вне зависимости от изменения тока нагрузки и оборотов двигателя электростанции стабильность выходного напряжения генератора остается очень высокой, примерно ±1%.

Асинхронный электрогенератор — асинхронная машина (двигатель) работающая в режиме торможения, ротор которой вращается с опережением, но в том же направлении что и магнитное поле статора. В зависимости от типа обмотки, ротор может быть короткозамкнутым либо фазным.

Вращающееся магнитное поле, созданное вспомогательной обмоткой статора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке статора, так же как и в синхронном генераторе. Вращающееся магнитное поле остается всегда неизменным и не регулируется, вследствие чего напряжение и частота на выходе генератора зависит от частоты оборотов ротора, а следовательно от стабильности работы двигателя электростанции. Несмотря на простоту обслуживания, малую чувствительность к короткому замыканию и невысокую стоимость, асинхронные генераторы применяются достаточно редко, так как имеются ряд недостатков: асинхронный генератор всегда потребляет намагничивающий ток значительной силы, поэтому для его работы необходим источник реактивной мощности (конденсаторы), зависящий от активно-индуктивного характера нагрузки; ненадежность работы в экстремальных условиях; возбуждение асинхронного генератора зависит от случайных факторов и происходит, как правило, при скорости превышающей или равной синхронной; зависимость выходного напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя и т.д.

Генератор переменного тока: принцип действия

Преобразование механической энергии в электрическую происходит при помощи генератора тока. В основном, практикуется использование вращающихся электромашинных генераторов. При вращении, в проводнике возникает электродвижущая сила под действием изменяющегося магнитного поля. Часть генератора, создающая магнитное поле, называется индуктором, а та часть, где образуется электродвижущая сила, носит название якоря.

Принцип действия

Вращающаяся часть генератора называется ротором, а его неподвижная часть является статором. Генератор переменного тока имеет статор и ротор, которые по своей конструкции могут быть одновременно якорем и индуктором.

Практически, всю электроэнергию на мировых электростанциях производят электрогенераторы переменного тока. При вращении индуктора, создается магнитное поле, которое вращается и наводит в обмотке статора переменную электродвижущую силу. Ее частота полностью совпадает с частотой вращения ротора.

Элементы генератора

В состав магнитной системы статора входят тонкие стальные листы, спрессованные в пакет. В пазах этого пакета размещается обмотка статора. Она включает в себя три фазы, сдвинутые относительно друг друга на одну третью часть периметра статора. Электродвижущие силы, индуцированные в обмотках фаз, так же сдвинуты между собой на 1200. Каждая фаза имеет обмотку, состоящую из катушек с множеством витков, соединяемых между собой параллельно или последовательно. Части катушек, выступающие из пазов, носят название лобовых соединений статора.

В индукторе и статоре, количество полюсов может быть и более двух. Количество полюсов полностью зависит от частоты вращения ротора. При замедлении вращения ротора может иметь возрастающее число полюсов.

Массивный стальной сердечник ротора содержит в себе обмотку возбуждения генератора. Данная конструкция применяется для электрогенераторов переменного тока, работающих с высокой частотой вращения. Это вызвано тем, что при высоких скоростях вращения, обмотка ротора подвержена действию больших центробежных сил. Большое количество полюсов предполагает наличие отдельной обмотки возбуждения у каждого полюса, что характерно для электрогенераторов, работающих на малых скоростях.

В гидротурбинах генераторы переменного тока могут иметь конструкцию с вертикальным расположением вала. При работе в зависимости от мощности, может применяться воздушное, водородное, водяное или масляное охлаждение.

Как работает генератор переменного тока?

Генератор превращает механическую энергию в электрическую путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Электрический ток вырабатывается и тогда, когда силовые линии движущегося магнита пересекают витки проволочной катушки {рисунок справа). Электроны {голубые шарики) перемещаются по направлению к положительному полюсу магнита, а электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному. До тех пор, пока силовые линии магнитного поля пересекают катушку (проводник), в проводнике индуцируется электрический ток.

Аналогичный принцип работает и при перемещении проволочной рамки относительно магнита {дальний рисунок справа), т. е. когда рамка пересекает силовые линии магнитного поля. Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивает, когда рамка удаляется. Каждый раз, когда рамка изменяет ориентацию относительно полюсов магнита, электрический ток также изменяет свое направление на противоположное. Все то время, пока источник механической энергии вращает проводник (или магнитное поле), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.

Принцип действия генератора переменного тока

Простейший генератор переменного тока состоит из проволочной рамки, вращающейся между полюсами неподвижного магнита. Каждый конец рамки соединен со своим контактным кольцом, скользящим по электропроводной угольной щетке (рисунок над текстом). Индуцированный электрический ток течет к внутреннему контактному кольцу, когда соединенная с ним половина рамки проходит мимо северного полюса магнита, и, наоборот, к внешнему контактному кольцу, когда мимо северного полюса проходит другая половина рамки.

Трехфазный генератор переменного тока

Одним из наиболее экономически выгодных способов выработки сильного переменного тока является использование одного магнита, вращающегося относительно нескольких обмоток. В типичном трехфазном генераторе три катушки расположены равноудалено от оси магнита. Каждая катушка вырабатывает переменный ток, когда мимо нее проходит полюс магнита (правый рисунок).

Изменение направления электрического тока

Когда магнит вдвигается в проволочную катушку, он индуцирует в ней электрический ток. Этот ток заставляет стрелку гальванометра отклоняться в сторону от нулевого положения. Когда магнит вынимается из катушки, электрический ток изменяет свое направление на противоположное, и стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону от нулевого положения.

Переменный ток

Магнит не будет индуцировать электрический ток до тех пор, пока его силовые линии не начнут пересекать проволочную петлю. Когда полюс магнита вдвигается в проволочную петлю, в ней индуцируется электрический ток. Если магнит прекращает движение, электрический ток (голубые стрелки) также прекращается (средняя диаграмма). Когда магнит вынимается из проволочной петли, в ней индуцируется электрический ток, текущий в противоположном направлении.

Как работает электрический генератор 🚩 как работают генераторы 🚩 Естественные науки

Чтобы понять принцип работы устройства, именуемого генератором электрического тока, необходимо хотя бы немного вспомнить закон электромагнитной индукции. Именно благодаря ему человечество беспрепятственно пользуется всеми благами цивилизации.

Принцип действия генератора постоянного и переменного тока, использующего вращение

Закон электромагнитной индукции гласит, что в любом замкнутом проводнике величина индуцированной электродвижущей силы прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Когда магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, вращается со стабильной угловой скоростью вокруг оси, в рамке возбуждается электродвижущая сила. Вертикальные стороны рамки являются активными, а горизонтальные – неактивными. Это определяется тем, какие стороны пересекают линии магнитного поля в конкретной схеме. При этом в каждой из сторон возбуждается своя электродвижущая сила, которая прямо пропорциональна магнитной индукции (B), длине стороны (L) и линейной скорости магнитного поля (v):

Е1 = B*L*v*sin(w*t)
E2=B*L*v*sin(w*t+π)= — B*L*v*sin(w*t)

Результирующая электродвижущая сила удваивается, т.е.: Е = Е1-Е2= 2*B*L*v*sin(w*t), потому что Е1 и Е2 действуют согласно друг с другом.

Графическое отображение результирующей электродвижущей силы является синусоидой. Это – переменный ток. Чтобы получить постоянный ток, необходимо контакты от рабочих сторон рамки вывести не к контактным кольцам, а к полукольцам, произойдет выпрямление электрического напряжения.

Принцип действия генератора постоянного тока, использующего химическую энергию

Системы, которые превращают химическую энергию в электрическую, называются химическими источниками тока (ХИТ). Он бывают первичные и вторичные. Первичные ХИТ не способны перезаряжаться – это батарейки, вторичные ХИТ способны – это аккумуляторы.

Последние 20 лет произошел фурор в области ХИТ. Это относится к созданию литий-ионных аккумуляторов. Их принцип действия похож на кресло-качалку: ионы лития переходят то с катода на анод, то с анода на катод.

Химический источник тока может работать только тогда, когда есть следующие элементы:
1) Электроды (катод и анод).
2) Электролит.
3) Внешняя цепь.

Разница потенциалов между электродами называется электродвижущей силой. ХИТ генерирует электрическую энергию во внешнюю цепь потому, что при ее помощи протекает окислительно-восстановительный процесс, разнесенный в пространстве. На отрицательно заряженном аноде происходит окисление восстановителя. Образуются электроны, которые переходят во внешнюю цепь и направляются к положительно заряженному катоду. Здесь происходит восстановление окислителя при помощи этих электронов. В аккумуляторе процесс окисления и восстановление неоднократно может быть повторим.