Generátory

Generátory jsou zařízení, která přeměňují jiné formy energie na elektrickou energii. V roce 1832 vynalezl generátor Francouz Bixi.

Generátor se skládá z rotoru a statoru. Rotor je umístěn ve střední dutině statoru. Na rotoru jsou magnetické póly, které generují magnetické pole. Když primární motor pohání rotor k otáčení, přenáší se mechanická energie. Magnetické póly rotoru se otáčejí vysokou rychlostí spolu s rotorem, což způsobuje interakci magnetického pole s vinutím statoru. Tato interakce způsobuje, že magnetické pole protíná vodiče vinutí statoru, čímž vzniká indukovaná elektromotorická síla a tím se mechanická energie přeměňuje na elektrickou energii. Generátory se dělí na generátory stejnosměrného proudu a generátory střídavého proudu, které se široce používají v průmyslové a zemědělské výrobě, národní obraně, vědě a technice a v každodenním životě.

Strukturální parametry

Generátory se obvykle skládají ze statoru, rotoru, koncových krytů a ložisek.

Stator se skládá ze statorového jádra, vinutí drátů, rámu a dalších konstrukčních částí, které tyto části upevňují.

Rotor se skládá z vinutí jádra rotoru (nebo magnetického pólu, magnetické tlumivky), ochranného kroužku, středového kroužku, sběracího kroužku, ventilátoru a hřídele rotoru a dalších součástí.

Stator a rotor generátoru jsou spojeny a sestaveny ložisky a koncovými kryty, takže rotor se může otáčet ve statoru a provádět pohyb prořezávání magnetických siločar, čímž generuje indukovaný elektrický potenciál, který je veden přes svorky a připojen k obvodu, a tím se generuje elektrický proud.

Funkční vlastnosti

Výkon synchronního generátoru je charakterizován především charakteristikami provozu naprázdno a pod zatížením. Tyto charakteristiky jsou pro uživatele důležitým základem pro výběr generátorů.

Charakteristika bez zátěže:Když generátor pracuje bez zátěže, proud kotvy je nulový, což je stav známý jako provoz naprázdno. V tomto okamžiku má třífázové vinutí statoru motoru pouze elektromotorickou sílu E0 naprázdno (třífázová symetrie) indukovanou budicím proudem If a její velikost se zvyšuje se zvyšujícím se If. Tyto dvě síly však nejsou úměrné, protože jádro magnetického obvodu motoru je nasycené. Křivka znázorňující vztah mezi elektromotorickou silou E0 naprázdno a budicím proudem If se nazývá charakteristika chodu naprázdno synchronního generátoru.

Reakce kotvy:Když je generátor připojen k symetrické zátěži, trojfázový proud ve vinutí kotvy generuje další rotující magnetické pole, které se nazývá reakční pole kotvy. Jeho rychlost je stejná jako rychlost rotoru a obě se otáčejí synchronně.

Reaktivní pole kotvy i budicí pole rotoru synchronních generátorů lze aproximovat tak, že obě jsou rozloženy podle sinusového zákona. Jejich prostorový fázový rozdíl závisí na časovém fázovém rozdílu mezi elektromotorickou silou E0 naprázdno a proudem kotvy I. Kromě toho reakční pole kotvy souvisí také s podmínkami zatížení. Pokud je zatížení generátoru indukční, má reakční pole kotvy demagnetizační účinek, což vede ke snížení napětí generátoru. Naopak, pokud je zatížení kapacitní, má reakční pole kotvy magnetizační účinek, který zvyšuje výstupní napětí generátoru.

Charakteristiky provozu se zátěží:Týká se to především externích charakteristik a regulačních charakteristik. Externí charakteristika popisuje vztah mezi napětím na svorkách generátoru U a proudem zátěže I za daných konstantních jmenovitých otáček, budicího proudu a účiníku zátěže. Regulační charakteristika popisuje vztah mezi budicím proudem If a proudem zátěže I za daných konstantních jmenovitých otáček, napětí na svorkách a účiníku zátěže.

Míra kolísání napětí synchronních generátorů je přibližně 20–40 %. Typické průmyslové a domácí zátěže vyžadují relativně konstantní napětí. Proto je nutné budicí proud odpovídajícím způsobem upravovat s rostoucím zatěžovacím proudem. Ačkoli je trend změn regulační charakteristiky opačný než vnější charakteristika, zvyšuje se u indukčních a čistě odporových zátěží, zatímco u kapacitních zátěží obecně klesá.

Princip fungování

Dieselový generátor

Vznětový motor pohání generátor, který přeměňuje energii z nafty na elektrickou energii. Uvnitř válce vznětového motoru se čistý vzduch, filtrovaný vzduchovým filtrem, důkladně mísí s vysokotlakou atomizovanou naftou vstřikovanou vstřikovačem paliva. Jak se píst pohybuje nahoru a stlačuje směs, jeho objem se zmenšuje a teplota prudce stoupá, dokud nedosáhne bodu vznícení nafty. Tím se nafta zapálí a směs prudce vzplane. Rychlá expanze plynů pak tlačí píst dolů, což je proces známý jako „práce“.

Benzínový generátor

Benzínový motor pohání generátor, který přeměňuje chemickou energii benzínu na energii elektrickou. Uvnitř válce benzínového motoru dochází k rychlému spalování směsi paliva a vzduchu, což má za následek rychlé zvětšení objemu, které tlačí píst dolů a vykonává tak práci.

V dieselových i benzínových generátorech pracuje každý válec postupně v určitém pořadí. Síla působící na píst je ojnicí transformována na rotační sílu, která pohání klikový hřídel. Bezkartáčový synchronní generátor střídavého proudu, souose s klikovým hřídelem hnacího motoru, umožňuje, aby rotace motoru poháněla rotor generátoru. Na základě principu elektromagnetické indukce generátor poté vytváří indukovanou elektromotorickou sílu, která generuje proud v uzavřeném zátěžovém obvodu.