Электрогенератор принцип действия: Принцип работы электрического генератора

Принцип работы и устройство электрогенератора

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.

   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.

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.

принцип работы, классификация, как выбрать

В некоторых ситуациях невозможно обойтись без автономного источника электроэнергии. Для частного дома или дачи наиболее приемлемый вариант хороший бензогенератор. При достаточной мощности последнего от него может быть запитан даже котел отопления. Не менее актуально наличие бензинового генератора на строительных площадках для питания сварочного инвертора или другого оборудования. Собранная нами информация поможет подобрать наиболее оптимальное устройство для этих целей.

Принцип работы и конструктивные особенности

Принцип действия бензиновых и дизельных электростанций построен на преобразовании механической энергии в электрическую. Соответственно, в конструкции таких устройств имеется ДВС (двигатель внутреннего сгорания), вращающий электромашину, вырабатывающую электричество. Об устройстве и принципе действия последней, можно найти информацию на нашем сайте. Основные узлы автономного генератора представлены на рисунке ниже.

Устройство бензогенератора

Обозначения:

• А – Электронный блок, отвечающий за управление генератором и стабилизацию напряжения.
• В – Генератор электроэнергии, в этом качестве используется синхронная или асинхронна электро машина.
• С – Контрольные приборы электронного блока.
• D – Крепежная рама, которая также играет роль защитного каркаса.
• E – Горловина топливного бака.
• F –Топливный бак.
• G – двух- или четырехтактный карбюраторный или инжекторный ДВС.

О силовом приводе генераторной установки необходимо рассказать подробней.

ДВС бензогенератора

В качестве привода в таких установках могут использоваться двух и четырехтактные бензиновые двигатели. Расскажем об особенностях каждого из них.

Двухтактный бензогенератор

К числу несомненных преимуществ таких механизмов можно отнести невысокую стоимость, компактные размеры, небольшой вес и низкий уровень шума. Существенные минусы:

1. Малый ресурс (вдвое меньше, чем у четырехтактных моделей).
2. Необходимость заливать моторное масло в бензин. Поскольку у такой смеси срок хранения ограничен двумя неделями, готовить ее придется непосредственно перед запуском. Помимо этого наличие масла в бензине существенно повышает токсичность выхлопа. Именно поэтому запрещен монтаж генератора в гараже или других закрытых помещениях, без системы отвода выхлопных газов.
   Нарушение этого требования может привести к печальным последствиям, содержащиеся в выхлопе токсичные вещества вредны для человека и животных.
3. Топливная смесь в ДВС данного типа не сгорает полностью, что повышает ее расход.

Переносной 2-х тактный мини генератор марки SRGE 650 (220 вольт, 0,65 кВт, однофазный)

Такие дешевые генераторы идеальный вариант автономного источника питания для отдыха на природе. Собственно, для этой цели имеет смысл не приобретать установку, а взять в аренду.

Четырехтактная установка

Основные преимущества таких установок меньший расход топлива, чем у предыдущего типа (до 30-35%) и вдвое больший ресурс. Достигается это за счет раздельной системы смазки двигателя. Но за эти преимущества придет заплатить более высокую цену по сравнению с двухтактными моделями. С другой стороны, если принимать в расчет двукратное увеличение ресурса, то переплата будет несущественной. Вес установки и ее габариты несколько ограничивают сферу применения, например, для похода и пикника она не подходит.

4-х тактный генератор Ямаха (Yamaha)

Такая станция, как показана на рисунке выше, может служить в качестве аварийного источника электроэнергии для загородного дома, дачи. Помимо этого имеется возможность подключить электроинструмента на строительной площадке, где нет подвода электричества..

Тип электромашины

В качестве генератора автономной электростанции может использоваться синхронная или асинхронная электромашина. Подробное описание конструкции и принципа действия этих установок можно найти на нашем сайте.

Станции с асинхронными электромашинами за счет простой конструкции отличаются простотой конструкции, соответственно, бесщеточные генераторы стоят значительно дешевле и обладают большим ресурсом, чем синхронные установки. Но, следует учесть, что у последних проще реализовать регулировку выходного напряжения, делается это путем управления числом оборотов. Именно поэтому синхронные генераторы более эффективны при резком изменении нагрузки. Чтобы снизить «проседание » напряжения в установках с асинхронными машинами, в их конструкции применяются системы, позволяющие кратковременно повысить мощность.

Система зажигания

Что касается системы запуска, то она бывает ручной и автоматической. В первом варианте установка включается ручным или электрическим стартером непосредственно на месте. В последнем случае имеется возможность организовать удаленный запуск после небольшой переделки (если эта функция не была предусмотрена производителем).

Во втором варианте исполнения генератор начинает работать при отключении централизованного энергоснабжения. Станции с автозапуском самый надежный вариант аварийного электроснабжения для дачи или загородного дома.

Инверторные установки

Частота трехфазной и однофазной сети переменного тока 50 Гц, этот параметр должен быть стабилизирован в генераторе, в противном случае подключенное к нему оборудование может выйти из строя. Чтобы обеспечить это условие вал электромашины должна вращаться с определенной частотой оборотов. В результате, даже при низкой нагрузке ДВС должен работать на полную мощность, что существенно снижает эффективность станции.

Проблему с бессмысленным расходом топлива можно решить путем установки специального электронного блока на выход генератора. В таком устройстве переменное напряжение, поступающее с электромашины, преобразуется в постоянный ток. После этого производится обратное преобразование, но уже с заданной частотой.

Такие инверторные установки самые экономичные, поскольку при низкой нагрузке позволяют снижать частоту оборотов ДВС, тем самым регулируя мощность электрогенератора, а, следовательно, и расход топлива. В качестве примера можно привести инверторные агрегаты Redverg, Honda, сварочный Чемпион(Champion), Eurolux, Inforce и т.д.

Генератор инверторный Honda

Классификация бензоэлектростанций

В зависимости от ресурса установок и мощности их принято разделять на бытовые, профессиональные и стационарные. Первые, как правило, рассчитаны на работу не более 3-х часов в сутки (например, Navigator SPG 2700, а также модельный ряд таких производителей, как Ergomax, Technic, Wester, Megavolt, Genctab и т. д.).

), вторые могут беспрерывно функционировать не менее 8-ми часов. Для повышения ресурса в цилиндры двигателя устанавливаются чугунные гильзы. При более восьмичасовой эксплуатации использовать бензиновые установки не целесообразно, дешевле перейти на станции с дизельным приводом.

Бытовой генератор Firman SPG3800

Бытовые аппараты ограничены мощностью 4 кВт, но встречаются и более мощные генераторы этого класса. В качестве примера можно привести Fubag bs 6600, Ultra PG 3200, Kipor KDE6500E3.

Мощность профессиональных агрегатов, как правило, не превышает 15 -16 кВт, такие станции можно встретить в модельном ряде Shtenli, Etalon, Genset, Skat, ТНГ и т.д. Пример такой установки представлен ниже.

Электростанция Robin Субару (Subaru) EB 14,0/230-SLE 14 кВт 380в (3 фазы)

Более мощные установки (до 30кВт) выпускаются в стационарном исполнении. Как правило, такие модели запускаются как автоматически, так и вручную. На электростанциях с мощностью от 30 кВт устанавливать бензиновый двигатель нерентабельно ввиду малого ресурса работы и большого расхода топлива. Именно поэтому мощные генераторы приводятся в действие дизельным двигателем.

Стационарная бензиновая электростанция Вепрь АБП 20-Т400/230 ВК-БС (20 кВт, с автозапуском, 400/230 В, 3-х фазный, производство Россия)

Как сделать правильный выбор?

В первую очередь необходимо определиться с задачами, возложенными на установку. В зависимости от этого подбирается мощность станции. Это очень важный момент, поскольку при неправильном выборе возникнут следующие проблемы:

• Мощность меньше необходимой ведет к перегрузке установки, что может вызвать ее остановку. Помимо этого следует учитывать, что длительное функционирование в нештатном режиме снижает ресурс станции, при этом потребляется больше топлива.
• Сильно завышенная мощность установки ведет к нецелевому расходу бензина.

Чтобы не допустить описанные выше ситуации, следует рассчитать мощность. Делается это следующим образом:

1. Определяемся, какие приборы будут запитаны от автономного источника.
2. Суммируем мощность нагрузки.
3. Добавляем 25-30% для запаса.

Несмотря на кажущуюся простоту процесса, есть важный нюанс – пусковая мощность, то есть, при включении оборудования она будет кратковременно выше номинальной. Это необходимо учитывать, в противном случае подключенное устройство может просто не заработать. Поэтому необходимо производить расчет для пусковой мощности, по следующей формуле P_П = P_НОМ * k,

• P_П – пусковая мощность;
• P_НОМ— номинальная;
• k – коэффициент запаса мощности (табличная величина).

Таблица 1. Зависимость пусковой мощности от номинальной, с учетом коэффициента k.

Название прибора	PНОМ (кВт)	Коэффициент запаса мощности (k)	PП (кВт)
Бытовые холодильники	0,70	3,50	2,45
Микроволновые печи	0,80	2,0	1,60
Стиральные машины	2,0	1,0	2,0
Ударные и безударные дрели, а также перфораторы	1,0	1,2	1,2
Углошлифовальные машинки	2,2	1,3	2,86
Насосы для скважин	1,0	3,0-5,0	5,0
Миксеры для бетона	1,0	3,5	3,5

Приведем пример расчета. Допустим, в случае аварийного отключения электросети, от автономного источника планируется запитывать холодильник и стиральную машину, в этом случае суммарная пусковая мощность будет 4,45 кВт. Добавляем, на всякий случай, запас 20%, получаем – 5,34 кВт. В этом случае можно констатировать, что мощности станций Зубр ЗЭСБ 3500 и Fubag TI 3000 будет недостаточно (3,5 кВт и 3,0 кВт). Ударник УБГ 8200 и Fubag BS 7500 также не подходят, поскольку их мощность существенно выше (8,2 кВт и 7,5 кВт, соответственно). Установка Fogo FH 5001 не отвечает требованию о необходимости 20% запаса, а вот Fubag BS 5500 идеально подходит для решения поставленной задачи.

Генератор Fubag BS 5500 со встроенным стабилизатором напряжения

Определившись с мощностью, выбираем устройство с учетом его технических характеристик. При этом необходимо учитывать, какое напряжение выдает станция, количество фаз, наличие дополнительного питания 12 В, например, чтобы иметь возможность подключить компрессор автомобиля. Такие модели можно встретить у следующих производителей: DDE, Workmaster, Sturm, Forte, Элитеч и т. д.

Следует определиться с необходимостью наличия автозапуска, если станция будет использоваться в качестве аварийного автономного источника, то такая система необходима.

Генератор Элемакс с АВР (система автоматического ввода резерва)

Для установок на строительных площадках, которые предназначены для работы со сварочным аппаратом или другим электроинструментом в такой автоматике нет необходимости. С данной задачей вполне справится такой аппарат, как Мakita EG 2850a или Фирман (Firman) FPG 7800, последний можно завести вручную и удаленно.

Если планируется установка мощного стационарного генератора для дома или дачи, имеет смысл рассмотреть вариант исполнения с водяным охлаждением, такие аппараты имеют больший ресурс.

Важно прочитать на бензогенератор описание, где указаны характеристики аппарата. Причем желательно получить информацию с паспорта устройства. Те, кто писал описание, могли сделать ошибку или сознательно завысить некоторые параметры в маркетинговых целях.

Расход топлива

Не менее важным фактором является расход бензина, например китайский Матрикс (Matrix) и Вепрь российского производства мощностью 3 кВт потребляют около 1,5 литров топлива в час. Японские изделия Hitachi и Mitsui Power ECO, а также корейской фирмы Хундай, при той же мощности в 3 киловатта потребляют около 1,2 литра бензина в час.

Следует отметить, что существуют генераторы, использующие газ в качестве топлива, такие системы стоят несколько дороже однотипных бензиновых устройств. Но если принять в учет разницу в стоимости газа и бензина, то приобретение такой станции будет оправданным.

Советы по выбору производителя от эксперта

• Здесь все как обычно, продукция известных брендов отличается качеством, выше которого может быть только стоимость таких изделий. Если принято решение установить такой бензиновый генератор, то имеет смысл ознакомиться с рейтингом лучших производителей, где приводится топ 10 компаний. Учитывая современные реалии, не забудьте поинтересоваться у продавца о наличии сервисного центра.
• Поскольку у бензогенератора относительно небольшой ресурс, обеспокоиться о доступности запчастей лучше заранее, потому, что от неработающей электростанции толку мало. С этой же точки зрения, имеет смысл рассмотреть модели, у которых реализована система самодиагностики, с выводом кодов ошибок на информационный дисплей.
• Неплохо зарекомендовали себя военные отечественные модели, которые неприхотливы в работе, но отличаются «прожорливостью».
• Бывают случаи, когда под видом брендовой продукции продаются контрафактные изделия, поэтому всегда проверяйте сертификат соответствия.

Часто задаваемые вопросы от читателей

Есть однофазный генератор бензиновый Fubag BS 6600 A ES 6 кВт. В дом заходит 3 фазы. Будет ли работать этот генератор с 3-х фазным блоком автоматики Startmaster BS 6600 D 400V для бензиновых станций BS 6600 DA ES FUBAG 838221, если на шине подключения входа генератора в блоке автоматики поставить перемычки? Удастся ли тем самым обмануть 3-х фазную автоматику, подключив к ней однофазный генератор?

Нет, однофазный бензиновый генератор Fubag BS 6600 A ES может работать с однофазным блоком автоматики Startmaster BS 6600 230V. Конструкция последнего позволяет подключить однофазный генератор к однофазной электрической системе. Блок автоматики в этом случае функционирует следующим образом:

— В автоматическом режиме осуществляет непрерывный контроль наличия напряжения в основном источнике – внешняя распределительная сеть. Если разность потенциалов присутствует, об этом будет сигнализировать контрольная лампа.

— При обнаружении отсутствия напряжения в электрической цепи, блоком автоматики Startmaster BS 6600 он подает управляющий сигнал на запуск бензинового генератора.

— В случае успешного старта бензинового генератора, загорается лампа контроля работы и указывает на подачу напряжения от независимого источника. Блок автоматики Startmaster BS 6600 осуществляет постоянный контроль наличия питающего напряжения на выходе и проверяет возобновление питания от «центральной сети».

— После восстановления напряжения питания в электрической цепи поступает управляющий импульс на отключение генератора. Который выводится из работы и отключается от электрической цепи.

Если рассмотреть этот процесс в описанном вами формате, то блок автоматики Startmaster BS 6600 D для трехфазной электрической системы не сможет проконтролировать наличие трехфазного напряжения на выходе от однофазного генератора. Поэтому он отключит Fubag BS 6600 A ES из-за несоблюдения трехфазного режима, и закорачивание выводов в этой ситуации никак не поможет.

Список использованной литературы

• Варламов Г.Б., Вольчин И.А., Казанский С.А. «Познание и опыт — путь к современной энергетике» 2012 – 2013
• Кашкаров А. П. «Современные био-, бензо-, и дизель-генераторы и другие полезные конструкции» 2011
• В. Балагуров, Ф. Галтеев «Электрические генераторы с постоянными магнитами» 1988

Электрический генератор Фарадея — Эпоха революции

Тема: Экономическая и техническая революция, Медицина, наука и люди

Предоставлено Научной фотобиблиотекой и Королевским институтом, Лондон.

Это простое на вид устройство, созданное Майклом Фарадеем в 1831 году, произвело революцию почти во всех аспектах жизни людей во всем мире. Это первый в мире генератор электроэнергии.

К 1800-м годам промышленная революция набирала обороты с появлением новых захватывающих машин, приводимых в движение паром. Но паровая энергия имела свои пределы и далеко не всем была доступна. В 1820-х годах Майкл Фарадей (1791–1867), ученый, работавший в Королевском обществе в Лондоне, понял, что необходима более полезная форма власти. Он начал проводить эксперименты, основанные на работах Алесандро Вольта и Ганса Христиана Эрстеда и их работах с ранними батареями, магнетизмом и движением.

В 1831 году Фарадей сделал революционное открытие. Он обмотал трубку медной проволокой и заизолировал тканью. Затем он подключил медный провод к гальванометру, который мог измерять электрический ток. Когда он пропускал магнит вперед и назад через середину трубки, стрелка гальванометра двигалась. Он создал первый в мире генератор электричества.

Генератор преобразует движущую силу (механическую энергию) — в данном случае движение магнита вперед и назад — и преобразует ее в электричество. Независимо от того, является ли источником энергии вода, пар, ветер, нефть, уголь или ядерная реакция, почти вся электроэнергия сегодня производится генераторами (или турбинами), использующими принципы Фарадея.

 

Знаете ли вы…?

Майкл Фарадей также «изобрел» «Рождественские лекции», доклады, предназначенные специально для молодых людей, чтобы помочь им понять научные принципы и открытия. Увлекательные интерактивные выступления и шоу для молодежи по-прежнему ежегодно проводятся в виде «Рождественских лекций» Королевским институтом, а также университетами и организациями по всей стране.

 

Дополнительная информация об этом объекте от Королевского института:

Генераторная катушка Фарадея. Это было сделано Майклом Фарадеем в 1831 году и состоит из катушки медной проволоки, намотанной на полый сердечник. Перемещение намагниченного железного стержня через катушку индуцирует ток в катушке. Фарадей показал, что магнит должен двигаться, чтобы индуцировать ток, что стало ранней демонстрацией преобразования механической энергии в электрическую. Это было основой современных динамо-машин. Этот предмет сейчас выставлен в Королевском институте в Лондоне.

Источники и благодарности

Это описание объекта и связанные с ним образовательные ресурсы были исследованы и написаны нашей командой историков и специалистов в области образования.  Для получения дополнительной информации посетите домашний музей, галерею или архив предмета, указанные выше.

Найдите здесь

Этот объект находится в коллекции Королевского института

. Значение, история и принцип работы электрического генератора

— Felsics.com

Электрический генератор — это устройство или система, использующая электромеханические и электромагнитные принципы для преобразования механической энергии в электричество. Использование генераторов в производстве электроэнергии является обычной практикой во многих частях мира. В этой статье обсуждается значение, история и принцип работы электрического генератора, как указано ниже;

Объяснение коэффициента эксплуатации электродвигателя…

Пожалуйста, включите JavaScript

Объяснение коэффициента эксплуатации электродвигателя

-Электрический генератор Значение: 6 определений электрического генератора

-История и происхождение электрического генератора

-COLECTIC. Электрогенератор0020

Электрогенератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электричество, которое можно использовать для различных целей.

Приведенное выше определение подразумевает, что электрический генератор выполняет функцию, противоположную функции электродвигателя , который в основном преобразует электричество в механическую энергию [7].

Однако оба устройства (электрогенератор, электродвигатель) схожи в том, что их работа зависит от электрических, механических и магнитных взаимодействий, а также преобразований.

Следующее определение касается этих аспектов электрического генератора.

Электрический генератор – это устройство, вырабатывающее электричество за счет взаимодействия электрических зарядов и магнитных полей, которые создаются посредством электромеханических и электромагнитных преобразований.

Хотя наиболее распространенной последовательностью преобразования для электрического генератора является механическая энергия в электричество, более целостное описание преобразований и процессов, участвующих в процессе производство электроэнергии , может использоваться для определения электрического генератора;

Электрогенератор представляет собой систему, оснащенную компонентами, которые помогают преобразовывать тепловую энергию топлива в механическую энергию в виде вращательного движения, а затем в электричество путем сжигания, приложения давления и электромагнитной индукции.

Важно отметить, что преобразования в электрогенераторе могут различаться в зависимости от типа и конструкции генератора, топлива и других условий эксплуатации.

Из-за этой потенциальной изменчивости электрический генератор также может называться «преобразователем энергии».

Компоненты электрического генератора также могут быть включены в определение следующим образом;

Электрогенератор представляет собой устройство, состоящее из двигателя, топливной системы, генератора переменного тока, регулятора напряжения, панели управления, системы смазки, системы охлаждения и выхлопа, а также основной рамы, которые работают вместе для выработки электроэнергии из механической энергии.

Хотя генераторы в основном связаны с технологиями невозобновляемых источников энергии, они встречаются в некоторых системах возобновляемых источников энергии . Этот факт отражен в следующем определении;

Электрический генератор — это устройство, которое вырабатывает электричество из механической энергии, которая может быть обеспечена невозобновляемыми ресурсами, такими как ископаемое топливо, или возобновляемыми ресурсами, такими как солнечная энергия, геотермальная энергия, энергия волн, вода и ветер.

Наконец, мы можем определить электрический генератор на основе входных и выходных факторов следующим образом;

Электрический генератор — это устройство, использующее механическую энергию топлива для получения выходного электрического тока, который можно использовать для питания приборов.

 

История и происхождение электрического генератора

Разработка электрического генератора была важным аспектом промышленной революции, поскольку она позволила новым технологиям использовать электроэнергию, полученную из ископаемого топлива, и тем самым привела к общему экономическому росту. и промышленный рост.

В восемнадцатом веке модификации паровой машины способствовали повышению эффективности технологии электрического генератора.

Заметные усилия в этой области были предприняты Джеймсом Уаттом , который разработал модифицированную версию паровой машины в 1781 году [14].

Хотя технологии, доступные в этот период, не имели большого функционального сходства с электрическим генератором, они дали представление об общем механизме, необходимом для повышения эффективности генераторов.

Наиболее важный шаг в развитии технологии электрических генераторов, возможно, был сделан Майклом Фарадеем , когда он проводил эксперименты и наблюдения в отношении электромагнетизма в начале 1830-х годов [13].

Основанный на этих наблюдениях первый современный электромагнитный принцип; Закон Фарадея был установлен. Этот закон суммировал главное открытие Фарадея, что электрический ток может быть получен из механической энергии в магнитном поле.

Закон Фарадея выделил множество концепций, включая явление электродвижущей силы, электромагнитную индукцию и электромеханическое взаимодействие. Каждая из этих концепций жизненно важна для работы электрического генератора.

Диск Фарадея был разработан на основе тех же наблюдений и может быть описан как ранний, примитивный предшественник современного электрического генератора. Он состоял из вращающегося медного диска в магнитном поле, создаваемом подковообразным магнитом.

Диск Фарадея был предшественником современного электродвигателя (Источник: Daderot, 2013. CC0 1.0.) слабая электромагнитная индукция. Выявление и оценка этих ошибок помогли в последующих улучшениях, которые были сделаны.

Несколько отчетов предполагают, что явление электромагнетизма также независимо наблюдал американский ученый Джозеф Генри в тот же период времени, что и Фарадей [12].

Ранние модели электрогенераторов постоянного тока; ОКРУГ КОЛУМБИЯ. Вслед за успехом Фарадея в электромагнетизме французский разработчик инструментов и инженер Ипполит Пикси построил один из первых зарегистрированных динамо-генераторов в 1832 году [1].

Еще до публикации электромагнитных открытий, в 1827 году Anyos Jedlik начал свои экспериментальные исследования электромагнетизма и электромеханических систем [11]. Это привело к разработке «электрического стартера», электромагнитного ротора, в начале 1850-х годов.

Антонио Пачинотти построил динамо-машину постоянного тока в 1860 году [9], которая была одним из первых генераторов постоянного тока со стабильным выходом.

Последующие динамо-генераторы в этот период очень напоминали модель Pixii, пока Вернер фон Сименс , Чарльз Уитстон и Сэмюэл Альфред Варли не изобрели более практичный и эффективный динамо-электрический генератор, который был запатентован в конце 1866 года. Динамо-генератор дал представление об электромагнитных технологиях и конструкциях систем, таких как электромагниты и металлические обмотки.

Заметное улучшение электромагнитных компонентов электрического генератора было сделано, начиная с 1870 года. Зеноб Грамме модифицировал электромагнит, включив в него твердый ферромагнитный сердечник, в 1871 году [3].

Это изменение помогло технологии электрогенераторов стать намного эффективнее за счет усиления эффекта электромагнитной индуктивности. Это также позволило электрическим генераторам стать коммерчески жизнеспособными, доказав потенциал устройства для .производство электроэнергии .

Из-за временного экспоненциального роста общественного интереса после модификации Грамма были разработаны многочисленные модели динамо-электрогенератора. Одним из них был ранний генератор переменного тока, разработанный Чарльзом Ф. Бушем в 1876 году [6], который имел умеренный коммерческий успех.

В 1882 году Томас Эдисон изобрел модель генератора постоянного тока, который был введен в практику в Нью-Йорке, США [5]. Это была одна из последних разработок в области производства электроэнергии постоянного тока.

Системы генераторов были впервые продемонстрированы инженером Westinghouse Electric; Уильям Стэнли младший , 1886 год [2]. Дальнейшая работа привела к разработке многофазного генератора переменного тока в 1891 году, который представлял собой усовершенствованную систему генератора переменного тока для выработки многофазного переменного тока.

Модификации технологии производства электрических генераторов в конце девятнадцатого, двадцатого и двадцать первого веков в основном включали усилия по усовершенствованию генераторов переменного тока, а результаты таких усилий включали многофазные, многофазные и магнитогидродинамические генераторы.

 

Принцип работы электрического генератора: как работают электрические генераторы

Электрический генератор работает на основе принципа электромагнитной индукции, при котором электрический ток вырабатывается из механической энергии под действием магнитного поля [ 4].

В работе электрического генератора есть три (3) основных этапа: подача энергии , преобразование энергии и электромагнитная индукция .

Важно отметить, что существует некоторое сходство между принципом работы и последовательностью операций электрогенератора и электродвигателя.

По сути, электродвигатель работает по тому же принципу электромагнитной индукции, что и электрический генератор, и его последовательность операций прямо противоположна последовательности, связанной с выработкой электроэнергии .

Для электродвигателей электромеханическое преобразование позволяет преобразовывать электричество в механическую энергию, тогда как механическая энергия преобразуется в электричество в генераторе.

Каждый основной этап работы электрогенератора обсуждается ниже;

 

1). Энергоснабжение (Этап 1)

Энергоснабжение – это этап, на котором энергия изначально вырабатывается генератором из ее первичного источника.

Части электрогенератора , которые активно участвуют на этом этапе, включают топливную систему и двигатель.

Источник энергии может быть возобновляемым или невозобновляемым. Примеры возобновляемых источников энергии включают биомасса , ядерное топливо (встречается в ограниченном количестве, но может быть отнесено к возобновляемым источникам), солнечное , ветровое , геотермальное и гидроэнергетическое . Невозобновляемые источники — это в основном ископаемое топливо, такое как дизельное топливо, уголь и природный газ.

Для эффективного использования источника энергии необходимо использовать механизм или процесс получения или восстановления энергии. Этот механизм обычно представляет собой горение, которое приводит к термическому разрушению источника энергии (топлива) с выделением энергии.

Выходная мощность электрогенератора зависит от количества подаваемой энергии и от того, насколько эффективно эта энергия использовалась.

Это означает, что электрогенератор в идеале должен быть оснащен системами и механизмами, которые минимизируют потери энергии и оптимизируют ее использование. Системы когенерации обычно включают оборудование, которое восстанавливает потерянную энергию (в виде тепла) для ее повторного использования.

Эффективность, размер, производительность и сложность двигателя электрогенератора определяют, насколько хорошо будет оптимизировано энергоснабжение. Генераторы, оснащенные мощными и высокоэффективными двигателями, как правило, оптимизируют подачу энергии и выходную мощность лучше, чем менее эффективные.

2). Преобразование энергии (этап 2)

При преобразовании энергии тепловая энергия, полученная от топлива, преобразуется или преобразуется в механическую энергию, которая используется для вращения проводника (ротора, якоря) в магнитном поле.

Режим преобразования энергии различается в зависимости от типа электрогенератора, двигателя и первичного источника энергии.

Для турбогенераторов, работающих на ядерном топливе, биомассе или ископаемом топливе, тепловая энергия преобразуется в механическую энергию путем нагрева жидкости, такой как вода, для производства пара или других материалов под давлением, которые используются для толкания и вращения лопастей и вала турбина [10].

Турбинный электрический генератор выполняет термомеханическое преобразование с использованием жидкостей (Источник: Siemens 2005 .CC BY-SA 3.0.)

 

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) тепловая энергия преобразуется в механическую путем нагревания жидкости в процессе сгорания камере, тем самым заставляя жидкость расширяться и оказывать давление на подвижный компонент электрогенератора [8].

Жидкостью в камере сгорания обычно является воздух, а подвижным элементом может быть ротор, сопло, набор лопаток или поршень, в зависимости от конкретной конструкции электрогенератора.

3). Электромагнитная индукция (шаг 3)

Электромагнитная индукция — это третий и последний этап в работе электрического генератора.

После преобразования тепловой энергии механическая энергия, полученная в результате преобразования энергии, используется для приведения в движение подвижного компонента (ротор, сопло, поршень).

Вращательное движение — тип движения, наиболее часто производимый в электрогенераторе. Подвижный компонент представляет собой проводник и может представлять собой отдельный твердый объект или составной элемент, включающий сплошной сердечник и окружающие его обмотки из медного провода.

В случае роторов эта медная обмотка называется якорем.

В электрогенераторе обычно присутствует магнитное поле. Это поле может создаваться постоянным магнитом или статором и обмотками возбуждения и воздействует на подвижный (вращающийся) проводник.

Влияние магнитного поля на движущийся проводник создает разность потенциалов (по напряжению и концентрации электронов) на двух концах проводника, что заставляет электроны непрерывно течь, тем самым вырабатывая электричество.

Преобразование механической энергии в электрическую происходит на основе электромагнитного механизма, описанного выше.

 

В общем, в типичном электрическом генераторе происходят три серии преобразований энергии. К ним относятся

1. Преобразование химической энергии в тепловую (первый этап)
2. Преобразование тепловой энергии в механическую энергию (второй этап)
3. Преобразование механической энергии в электричество (третий этап) 930506

   2

    
   Заключение

   Электрический генератор — это устройство, которое вырабатывает электричество путем преобразования химической, тепловой и механической энергии посредством сгорания, теплопроводности и электромагнитной индукции.

   История технологии электрических генераторов восходит к восемнадцатому веку и включает в себя многочисленные разработки в области подвижности электронов, электромагнетизма, электромеханической динамики и инженерии.

   Электромагнитная индукция — это принцип работы электрического генератора. Как правило, в работе генераторов есть три этапа, а именно:

   1. Поставка энергии (Шаг 1)
   2. Преобразование энергии (Шаг 2)
   3. Электромагнитная индукция (Шаг 3)
   СПИСОМЫ
   3 3
   СПИСОК. Аль-Халили, Дж. (2015). «Рождение электрических машин: комментарий Фарадея (1832 г.) «Экспериментальные исследования в области электричества». Philosophical Transactions of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences 373 (2039). Доступно по адресу: https://doi.org/10.1098/rsta.2014.0208. (По состоянию на 12 мая 2022 г.).

   2). Блэлок, Т.Дж. (2012). «В Беркшире, часть 1: Уильям Стэнли что-то начал». Доступно по адресу: https://magazine.ieee-pes.org/julyaugust-2012/history-3/. (По состоянию на 12 мая 2022 г. ).

   3). Каполино, Г. (2021). «Прогресс в электрических машинах переменного тока: от принципа Галилео Феррари до реальной технологии Anciens de la Radioélectricité — Программа стипендиатов IEEE France Section Life». Выдающаяся лекция почетного члена секции IEEE France. Доступно по адресу: https://www.researchgate.net/publication/355700481_Progress_in_AC_electrical_machines_from_Galileo_Ferraris_principle_to_the_actual_technology_Anciens_de_la_Radioelectricite_-IEEE_France_Section_Life_Fellow_Program. (По состоянию на 12 мая 2022 г.).

   4). Дэвид, JAP (2017). «ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ: ГЕНЕРАТОР БЕСПЛАТНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ». Конференция: 2-Я МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «Решение проблем глобализации с точки зрения АСЕАН» 901:70 В: Пуэрто-Принсеса, Палаван (Филиппины). Доступно по адресу: https://www.researchgate.net/publication/324030058_ELECTRO-MAGNETIC_INDUCTION_FREE_ELECTRICITY_GENERATOR. (По состоянию на 12 мая 2022 г.).

   5). Корковелос, А .; Зерриффи, Х . ; Хауэллс, М.; Базиллиан, М .; Рогнер, Х .; Нерини, Ф.Ф. (2020). «Ретроспективный анализ доступа к энергии с акцентом на роль мини-сетей». Устойчивое развитие 12(5):1793. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.3390/su12051793. (По состоянию на 12 мая 2022 г.).

   6). Кролл, Дж. (2017). «Чарльз Браш изобрел дуговой свет, изменивший жизнь города: PD 175». Доступно по адресу: https://www.cleveland.com/business/2017/11/charles_brush_invented_the_arc.html. (По состоянию на 12 мая 2022 г.).

   7). Мэнни, Д. (2017). «Различия между электродвигателями и генераторами». Доступно по ссылке: https://www.plantengineering.com/articles/differences-between-electric-motors-and-generators/. (По состоянию на 12 мая 2022 г.).

   8). Мартинс, Дж.; Брито, Ф.П.; Коста, Т .; Коста, Дж. (2018). «В поисках повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания». 3ª Международная конференция научных исследований в Тиморе-Лешти: Дили, Тимор-Лешти. Доступно по адресу: https://www. researchgate.net/publication/329091874_The_Quest_for_Improving_Efficiency_in_Internal_Combustion_Engines. (По состоянию на май 2022 г.).

   9). Пиллаи, В. Н. (2017). «Энергетический сектор Индии». Доступно по адресу: https://doi.org/10.13140/RG.2.2.23194.47042. (По состоянию на 12 мая 2022 г.).

   10). Роджерс, В. (2016). «Паровые турбины: надежная и постоянная необходимость». Доступно по адресу: https://insights.globalspec.com/article/3099/steam-turbines-a-durable-and-enduring-necessity. (По состоянию на 12 мая 2022 г.).

   11). Сафари, М. (2018). «Электромобили на аккумуляторных батареях: оглядываясь назад, чтобы двигаться вперед». Энергетическая политика 115:54-65. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1016/j.enpol.2017.12.053. (По состоянию на 12 мая 2022 г.).

   12). Смит, GS (2017). «Роль Джозефа Генри в открытии электромагнитной индукции». Европейский журнал физики 38(1):015207. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.